Met dank aan vulkanische activiteit!

Op 41 lichtjaar afstand van de aarde cirkelt rond een rode dwergster de exoplaneet GJ 1132b. De planeet lijkt in een aantal opzichten op de aarde. Zo is deze rotsachtig en ongeveer even groot als onze planeet. Ook is GJ 1132b ongeveer even oud en heeft deze een vergelijkbare dichtheid. Daarnaast beschikt GJ 1132b over een atmosfeer. Maar die atmosfeer is wel heel anders dan die van ons; de atmosfeer van GJ 1132b bevat een giftige mix van waterstof, methaan en waterstofcyanide.

Nieuwe atmosfeer
Maar het wordt nog opzienbarender; onderzoekers hebben met behulp van ruimtetelescoop Hubble namelijk aanwijzingen gevonden dat de atmosfeer die we rond GJ 1132b aantreffen niet de atmosfeer is waarmee de planeet oorspronkelijk was uitgerust. De onderzoekers denken dat GJ 1132b zijn oorspronkelijke atmosfeer lang geleden – door toedoen van zijn moederster – is kwijtgeraakt, waarna vulkanen de planeet trakteerden op een compleet nieuwe atmosfeer. En dat is best bijzonder. GJ 1132b is namelijk de eerste exoplaneet waarvan we weten dat deze al aan zijn tweede atmosfeer bezig is.

Hoe zit het precies?
Zoals gezegd is GJ 1132b vandaag de dag een rotsachtige exoplaneet. Maar dat is niet altijd zo geweest. Aangenomen wordt dat de planeet geboren is als sub-Neptunus en dus omhuld werd door een dikke atmosfeer gevuld met waterstof en helium. Die oorspronkelijke atmosfeer was echter maar een kort leven beschoren; de intense straling van de warme, jonge moederster zou de planeet in korte tijd van zijn atmosfeer hebben ontdaan. Wat overbleef, was een rotsachtige kern ter grootte van de aarde. Maar daar houdt het verhaal dus niet op. Want vandaag de dag heeft GJ 1132b wél een atmosfeer. Het is te danken aan vulkanische activiteit, zo stellen de astronomen. Magma welt via spleetvormige eruptiekanalen op en voert gassen mee die een atmosfeer om de planeet vormen. Doordat deze gassen voortdurend worden aangevoerd, kan de atmosfeer goed standhouden.

Regeneratie
“Het is heel opwindend, omdat we denken dat de atmosfeer die we nu zien geregenereerd is,” aldus onderzoeker Raissa Estrela. “Het kan dus weleens een tweede atmosfeer zijn. Eerst dachten we dat deze sterk (door de moederster, red.) bestraalde planeten vrij saai waren, omdat ze hun atmosfeer waren kwijtgeraakt. Maar toen observeerden we deze planeet en ontdekten we: ‘Oh, nee, er is wel een atmosfeer’.”

Voormalige sub-Neptunus
En wie weet zijn er wel meer planeten zoals GJ 1132b. “Hoeveel aardachtige planeten beginnen niet aardachtig?” vraagt onderzoeker Mark Swain zich af. “Sommigen kunnen weleens beginnen als sub-Neptunussen en worden aardachtig door een mechanisme waarbij de oorspronkelijke atmosfeer verdampt. Dat proces speelt vroeg in het leven van een planeet, wanneer een ster warmer is. Daarna koelt de ster af (…) En als je de atmosfeer dan kunt regenereren, kun je deze misschien ook wel houden.”

Zoals gezegd zijn er nogal wat overeenkomsten tussen GJ 1132b en de aarde. Ook onze planeet had in beginsel een atmosfeer die rijk was aan waterstof. Maar onze planeet is niet – zoals GJ 1132b – ooit een sub-Neptunus geweest. Een ander belangrijk verschil tussen GJ 1132b en de aarde is de afstand tot de moederster. GJ 1132b staat heel dicht bij de moederster en doet er slechts 1,5 dag over om een rondje om GJ 1132 te voltooien. Door die geringe afstand heeft GJ 1132b ook nog eens een synchrone rotatie. Hierbij is continu dezelfde zijde van de planeet op de moederster gericht. Afbeelding: NASA, ESA, & R. Hurt (IPAC / Caltech).

Dat GJ 1132b een nieuwe atmosfeer heeft weten te verkrijgen, is te herleiden naar de vulkanische activiteit. “De vraag is: wat zorgt ervoor dat de mantel warm genoeg blijft om vloeibaar te blijven en vulkanisme mogelijk te maken?” stelt Swain. Het antwoord vinden we in getijdenverwarming. De moederster en minstens één andere planeet in het stelsel trekken met hun zwaartekracht aan de planeet, waardoor deze – afhankelijk van de afstand tot deze twee andere hemellichamen – uitgerekt of juist samengeperst wordt. Dat voortdurende getrek en geduw vertaalt zich in het binnenste van de planeet naar warmte, waardoor de mantel vloeibaar blijft.

Dunne korst
Op de mantel rust een extreme dunne korst, zo vermoeden de onderzoekers. Deze zou slechts enkele tientallen meters dik zijn. Daarmee is de korst te dun om echt vulkanische gebergtes te vormen. In plaats daarvan wordt de korst – ook door het voortdurend oprekken en weer ineenkrimpen van de planeet – waarschijnlijk gekenmerkt door scheuren, waardoor lava en allerlei gassen ontsnappen.

De onderzoekers hopen dat de James Webb Space Telescope op termijn een blik op GJ 1132b kan werpen. De telescoop kan de planeet in infrarood bestuderen. “Als er magma-poeltjes zijn of vulkanisme plaatsvindt, zullen die gebieden warmer zijn,” aldus Swain. James Webb kan dat zien. “En dus mogelijk daadwerkelijk geologische activiteit observeren – en dat is heel opwindend!”