De James Webb-telescoop vangt glimpen op van kleine, verre planeten

BALTIMORE — Toen de James Webb-ruimtetelescoop voor het eerst werd bedacht, waren exoplaneten nog niet eens ontdekt. Nu laat het observatorium astronomen zien wat het kan leren over planeten die rond andere sterren draaien, inclusief de kleine.

Sinds de lancering in december 2021 had JWST de atmosfeer van planeten ter grootte van Jupiter al “gesnoven” die verschroeiend dicht bij hun sterren cirkelden (SN: 8/26/22). Die intense werelden zijn interessant, maar niet de plaatsen waar astronomen hopen te zoeken naar tekenen van leven. De telescoop vangt nu glimpen op van atmosferen op bekende exoplaneten van de meer aardse overtuiging, meldden astronomen op 13 en 14 december in de Eerste wetenschappelijke resultaten van JWST conferentie.

En JWST begint ook nieuwe rotsachtige werelden te vinden.

Deze vroege blikken op verre werelden onthullen nog niet veel over deze afgelegen locaties. Maar onderzoekers worden gesteund door wat het scherpe zicht van JWST in infrarode golflengten uiteindelijk zou kunnen onthullen over de kleinere planeten buiten ons zonnestelsel.

“De belangrijkste boodschap is: we zijn in business”, zei astronoom Björn Benneke van de Universiteit van Montreal. “We hebben nog niet eens alle waarnemingen, maar ze zijn al best spannend.”

Een van de kleinere planeten waar JWST naar heeft gekeken is GJ 1214b, die astronomen frustreert sinds zijn ontdekking in 2009 (SN: 16-12-09). De planeet is een sub-Neptunus, wat betekent dat de grootte ergens tussen die van een rotsachtige wereld zoals de aarde en een gasvormige zoals Neptunus ligt.

“Wat zijn in godsnaam sub-Neptunes?” vroeg astronoom Eliza Kempton van de Universiteit van Maryland in College Park. Het kunnen rotsballen zijn met een dikke waterstof- en heliumatmosfeer, of misschien waterwerelden (SN: 22-02-12). “Wat we zouden willen doen met atmosferische karakterisering, is hun atmosfeer meten en kijken welke welke is,” zei Kempton.

Eerder probeerden astronomen de samenstelling van de atmosfeer van GJ 1214b te observeren door te kijken hoe sterlicht er doorheen filterde. Maar de atmosfeer is dik en wazig, waardoor astronomen niet in staat zijn om individuele moleculen erin te detecteren.

In plaats van de planeet voor zijn ster te zien passeren, gebruikten Kempton en collega’s JWST om te zoeken naar de gloed van de planeet vlak voordat deze verdween achter de ster. En het werkte: na 38 uur observeren ontdekten de onderzoekers de infrarode gloed van de planeet, zei Kempton in een presentatie van 13 december.

Er is meer werk aan de winkel, maar de eerste gegevens suggereren dat de planeet veel chemische componenten bevat, mogelijk inclusief water en methaan. Het is ook verrijkt met elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium.

Wat betreft het weten wat voor soort wereld GJ 1214b is: “Ik zou zeggen dat we er nog niet helemaal zijn”, zei Kempton. Het zou een waterige planeet kunnen zijn, zei ze, of een gasachtige planeet die behoorlijk wat van zijn lichtere elementen heeft verloren.

De telescoop had ook zijn eerste blik op het prikkelende TRAPPIST-1-systeem, zei Benneke in een andere presentatie van 13 december (SN: 13-12-2017). Het systeem, ontdekt in 2017, bevat zeven werelden ter grootte van de aarde die waarschijnlijk rotsachtig zijn. Drie van die planeten hebben mogelijk de juiste temperaturen voor vloeibaar water op hun oppervlak, waardoor ze bijzonder interessante doelen zijn voor JWST en andere telescopen om te zoeken naar tekenen van leven.

Maar TRAPPIST-1 is een kleine, rode ster die een M-dwerg wordt genoemd, een type ster dat berucht is om zijn gewelddadige fakkels en sterke straling. Jarenlang hebben astronomen gedebatteerd of de planeten rond deze sterren gastvrij zouden zijn voor leven, of dat de sterren de atmosfeer van hun planeten zouden wegnemen (SN: 6/14/17).

“Als de TRAPPIST-planeten geen atmosferen hebben, dan moeten we doorgaan” van M-dwergen in de zoektocht naar buitenaards leven, zegt astronoom Mercedes Lόpez-Morales van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass., Die was niet betrokken bij de nieuwe JWST-waarnemingen.

JWST’s eerste blik op een van die potentieel bewoonbare werelden, TRAPPIST-1g, onthulde geen duidelijke tekenen van een atmosfeer. Maar de telescoop keek slechts ongeveer vijf uur naar de planeet. Met meer waarnemingen zou een atmosfeer waarneembaar moeten zijn als die er is, zei Benneke.

JWST doet ook mee aan het jagen op planeten, zei astronoom Kevin Stevenson op 14 december. De telescoop controleerde een mogelijk interessante waarneming van een andere telescoop en bevestigde dat hij een rotsachtige wereld ter grootte van de aarde had gezien rond een nabijgelegen M-dwerg. Dit bewijst dat JWST de precisie heeft om zulke werelden te vinden.

“Het is een opwindend resultaat, misschien wel de eerste ontdekking van een exoplaneet door JWST”, zegt Stevenson van het Space Telescope Science Institute in Baltimore. De planeet draait om de twee dagen rond zijn zwakke ster, dus aan het oppervlak is het waarschijnlijk rond de 225° Celsius — waarschijnlijk te heet om bewoonbaar te zijn, zegt hij. “Het lijkt meer op een exo-Venus dan op een exo-aarde.”

Hoewel het nog vroeg is, benadrukten de onderzoekers, is de voorspelling voor het jagen op planeten met JWST goed.

De resultaten maken ook de weg vrij voor toekomstige observatoria, zei astrofysicus John Mather van NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. Astronomers’ verlanglijstje voor toekomstige missies bevat een telescoop die nog verder kan graven in de details van potentieel bewoonbare werelden.

“Als het niet onmogelijk is,” zei Mather, “laten we het dan doen.”