Waterrijke stoom zou de verre planeten kunnen omhullen, suggereren experimenten
Astronomen willen weten waar de atmosfeer van rotsachtige exoplaneten zoals Kepler-186f, zoals weergegeven in de impressie van deze kunstenaar, van gemaakt is. Sommige wetenschappers verbranden meteorieten om dat uit te zoeken.
Het verbranden van stukjes vermalen meteorieten kan wetenschappers vertellen waaruit de vroege atmosferen van exoplaneten bestaan.
Een set van experimenten met het bakken van de verpulverde ruimterotsen suggereert dat rotsachtige planeten vroege atmosferen vol water hadden, meldde astrofysicus Maggie Thompson van de University of California, Santa Cruz op 15 januari op de virtuele bijeenkomst van de American Astronomical Society. De lucht had ook koolmonoxide en kooldioxide kunnen bevatten, met kleinere hoeveelheden waterstofgas en waterstofsulfide.
Astronomen hebben duizenden planeten ontdekt die in een baan om andere sterren draaien. Net als de aardse planeten in het zonnestelsel, kunnen velen een rotsachtig oppervlak hebben onder een dunne atmosfeer. Bestaande en toekomstige ruimtetelescopen kunnen gluren naar sterlicht dat door de atmosferen van die exoplaneten filtert om erachter te komen welke chemicaliën ze bevatten en of ze gastvrij zijn voor het leven (SN: 19/04/16).
Thompson en haar collega’s pakken het anders aan en werken vanaf de grond af. In plaats van naar de atmosferen zelf te kijken, onderzoekt ze de rotsachtige bouwstenen van planeten om te zien wat voor soort atmosferen ze kunnen creëren (SN: 5/11/18).
De onderzoekers verzamelden kleine monsters, ongeveer drie milligram per experiment, van drie verschillende koolstofhoudende chondriet meteorieten (SN: 27-8-20). Deze rotsen zijn de eerste vaste stoffen die zijn gecondenseerd uit de schijf van stof en gas die de jonge zon omringde en uiteindelijk de planeten vormden, zeggen wetenschappers. De meteorieten vormen “een verslag van de oorspronkelijke componenten die planetesimalen en planeten in ons zonnestelsel vormden”, zei Thompson in een lezing op de AAS-bijeenkomst. Exoplaneten zijn waarschijnlijk ontstaan ​​uit soortgelijk materiaal.
De onderzoekers vermalen de meteorieten tot poeder en verhitten het poeder vervolgens in een speciale oven die is aangesloten op een massaspectrometer die sporen van verschillende gassen kan detecteren. Terwijl het poeder opwarmde, konden de onderzoekers meten hoeveel van elk gas ontsnapte.
Die opstelling is analoog aan hoe rotsachtige planeten hun oorspronkelijke atmosfeer vormden nadat ze miljarden jaren geleden gestold waren. Planeten verwarmden hun oorspronkelijke rotsen met het verval van radioactieve elementen, botsingen met asteroïden of andere planeten en met de overgebleven warmte van hun eigen formatie. De verwarmde rotsen lieten gas ontsnappen. “Het meten van de uitgassende samenstelling van meteorieten kan een reeks atmosferische samenstellingen opleveren voor rotsachtige exoplaneten,” zei Thompson.
Alle drie de meteorieten lieten voornamelijk waterdamp af, die gemiddeld 62 procent van het uitgestoten gas voor hun rekening namen. De volgende meest voorkomende gassen waren koolmonoxide en kooldioxide, gevolgd door waterstof, waterstofsulfide en enkele meer complexe gassen die deze vroege versie van het experiment niet identificeerde. Thompson zegt dat ze hoopt die gassen in toekomstige experimentele runs te identificeren.
De resultaten geven aan dat astronomen waterrijke stoomatmosferen mogen verwachten rond jonge rotsachtige exoplaneten, althans als eerste benadering. “In werkelijkheid zal de situatie veel gecompliceerder zijn”, zei Thompson. Planeten kunnen gemaakt zijn van andere soorten gesteenten die andere gassen zouden bijdragen aan hun atmosfeer, en geologische activiteit verandert de atmosfeer van een planeet in de loop van de tijd. De ademende atmosfeer van de aarde is tenslotte heel anders dan de dunne, kooldioxide-rijke lucht van Mars of de dikke, hete, zwavelhoudende soep van Venus (SN: 14-9-20).
Toch “zet dit experimentele raamwerk een belangrijke stap voorwaarts om de interieurs van rotsachtige planeten en hun vroege atmosferen met elkaar te verbinden”, zei ze.
Dit soort fundamenteel onderzoek is nuttig omdat het “een kwantitatief compositorisch kader heeft gegeven over hoe die planeten eruit zouden kunnen hebben gezien tijdens hun evolutie”, zegt planetaire wetenschapper Kat Gardner-Vandy van de Oklahoma State University in Stillwater, die niet betrokken was bij dit nieuwe werk. Ze bestudeert ook meteorieten en krijgt vaak de vraag of experimenten die de oude, zeldzame rotsen verpletteren de moeite waard zijn.
“Mensen zullen me onvermijdelijk vragen: ‘Waarom zou je een stuk van een meteoriet nemen en het dan vernielen?'”, Zegt ze. “Nieuwe kennis uit de studie van meteorieten is net zo onbetaalbaar als de meteoriet zelf.”
