Nieuw ruimtetelescooponderzoek NASA James Webb Space Telescope ontdekte de exoplaneet K2-18b, die 8,6 keer zo zwaar is als de aarde. Tijdens het onderzoek werden moleculen gedetecteerd die koolstof, methaan en koolstofdioxide bevatten. De ontdekking van Webb draagt ​​bij aan recente onderzoeken die dit suggereren K2-18b zou een Hycean-exoplaneet kunnen zijn die het potentieel heeft om een ​​waterstofrijke atmosfeer te hebben oppervlak bedekt door water oceaan. De eerste blik op de atmosferische eigenschappen van deze exoplaneet in de bewoonbare zone komt vandaan waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA, wat leidde tot verdere onderzoeken die sindsdien ons begrip van het universum hebben veranderd.

K2-18b draait rond de koele dwergster K2-18 v bewoonbare zone en ligt 120 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Leeuw. Exoplaneten zoals K2-18b, die ongeveer zo groot zijn als de aarde en Neptunus, zijn anders dan alle andere planeten in ons zonnestelsel. Dit gebrek aan gelijkwaardige nabijgelegen planeten betekent dat deze sub-Neptunus ze worden al lange tijd bestudeerd en zijn onderwerp van actief debat onder astronomen. De suggestie dat sub-Neptunus K2-18b zou kunnen zijn Hyceaanse exoplaneet, is interessant omdat sommige astronomen geloven dat deze werelden veelbelovende omgevingen zijn voor het zoeken naar bewijs van leven op exoplaneten.

“Onze bevindingen onderstrepen het belang van overwegingen die rekening houden met verschillende vormen van bewoonbare omgevingen bij de zoektocht naar leven op andere planeten,” legt Nikku Madhusudhan uit, een astronoom aan de Universiteit van Cambridge en hoofdauteur van het artikel waarin deze resultaten worden aangekondigd. ‘Traditioneel concentreerde de zoektocht naar leven op exoplaneten zich vooral op kleinere rotsachtige planeten, maar grotere Hyckeliaanse werelden zijn aanzienlijk gunstiger voor het observeren van atmosferen.’ Met andere woorden, wetenschappers komen erachter dat er ook leven zou kunnen bestaan ​​op planeten die qua kenmerken – bijvoorbeeld de grootte – geen verband houden met de aarde.

Methaan is een teken van leven

De overvloed aan methaan en koolstofdioxide en het gebrek aan ammoniak ondersteunen de hypothese dat er zich mogelijk een wateroceaan bevindt onder de waterstofrijke atmosfeer (in het geval van K2-18b). Deze eerste Webb's de waarnemingen leverden ook de mogelijke detectie op van een molecuul genaamd dimethylsulfide (DMS). Alleen het leven produceert het op aarde. Het merendeel van het DMS in de atmosfeer van de aarde wordt uitgestoten door fytoplankton in het mariene milieu. Het verifiëren van de aanwezigheid van DMS is echter zeer complex en vereist verder onderzoek. "Aankomende Webb-waarnemingen zouden moeten kunnen bevestigen of DMS inderdaad in significante concentraties aanwezig is in de atmosfeer van K2-18b," Madhusudhan legde het uit.

Hoewel K2-18b zich in de bewoonbare zone bevindt en het nu bekend is dat het koolstofhoudende moleculen bevat, betekent dit niet noodzakelijkerwijs dat de planeet leven kan ondersteunen. De grote omvang van de planeet – met een straal die 2,6 keer groter is dan die van de aarde – betekent dat het binnenste van de planeet waarschijnlijk een grote mantel van hogedrukijs bevat, zoals die van Neptunus, maar met een dunnere waterstofrijke atmosfeer en een oceanisch oppervlak. Er wordt aangenomen dat hyceïsche werelden oceanen van water hebben. Het is echter ook mogelijk dat de oceaan te heet is om bewoonbaar te zijn.

‘Hoewel dit type planeet niet voorkomt in ons zonnestelsel, zijn sub-Neptunussen het meest voorkomende type planeet dat tot nu toe bekend is in de Melkweg’ legde teamlid Subhajit Sarkar van Cardiff University uit. "We hebben het meest gedetailleerde spectrum van de bewoonbare zone ten zuiden van Neptunus tot nu toe verkregen, waardoor we de moleculen die in de atmosfeer voorkomen kunnen detecteren."

Spectrale analyse van licht

Het karakteriseren van de atmosferen van exoplaneten zoals K2-18 b (wat betekent dat ze hun gassen en fysieke omstandigheden identificeren) is een zeer actief gebied in de astronomie. Deze planeten worden echter letterlijk overschaduwd door de gloed van hun veel grotere moedersterren, wat het onderzoek van de atmosfeer van exoplaneten bijzonder uitdagend maakt.

NASA is op zoek naar leven op andere planeten. Wat als er al bezoekers van andere planeten onder ons zijn?

Het team omzeilde deze uitdaging door het licht van de moederster K2-18b te analyseren terwijl dit door de atmosfeer van de exoplaneet trok. K2-18b is een exoplaneet die op doorreis is, wat betekent dat we een dip in helderheid kunnen waarnemen wanneer hij voor zijn moederster langs beweegt. Zo werd de exoplaneet voor het eerst ontdekt in 2015 door NASA's K2-missie. Dit betekent dat tijdens de transits van een exoplaneet een klein deel van het sterlicht door de atmosfeer gaat voordat het telescopen zoals Webb bereikt. De passage van sterlicht door de atmosfeer van een exoplaneet laat sporen achter die astronomen kunnen samenvoegen om de gassen in de atmosfeer van die exoplaneet te bepalen.

"Dit resultaat was alleen mogelijk dankzij het uitgebreide golflengtebereik en de ongekende gevoeligheid van Webb, waardoor robuuste detectie van spectrale kenmerken met slechts twee overgangen mogelijk werd," zei Madhusudhan. "Ter vergelijking: één Webb-transitobservatie leverde een vergelijkbare nauwkeurigheid op als acht Hubble-observaties over meerdere jaren en over een relatief smal golflengtebereik."

"Deze resultaten zijn het resultaat van slechts twee waarnemingen van K2-18b, en er komen er nog veel meer", legde teamlid Savvas Constantinou van de Universiteit van Cambridge uit. "Dat betekent dat ons werk slechts een vroeg voorbeeld is van wat Webb kan waarnemen op exoplaneten in de bewoonbare zone."

Het team van wetenschappers is nu van plan een vervolgonderzoek uit te voeren met behulp van de Mid-Infrared Instrument (MIRI) spectrograaf van de telescoop, waarvan ze hopen dat het hun bevindingen verder zal bevestigen en nieuwe inzichten zal opleveren in de omgevingsomstandigheden op K2-18b.

‘Ons uiteindelijke doel is om leven op een bewoonbare exoplaneet te identificeren, wat ons begrip van onze plaats in het universum zou veranderen’ concludeerde Madhusudhan. "Onze bevindingen zijn een veelbelovende stap in de richting van een dieper begrip van de Hyceaanse werelden in deze zoektocht."