Het resulteert gelukkig niet in verchroomde aliens; leven is op de gloeiendhete planeet WASP-31b namelijk onmogelijk.

In de afgelopen decennia zijn er buiten ons zonnestelsel duizenden (kandidaat-)planeten ontdekt. WASP-31b is er daar één van. De planeet is een zogenoemde hete Jupiter; een gasreus die in tegenstelling tot onze ‘eigen’ Jupiter heel dicht bij de moederster staat. Het resulteert in een korte omlooptijd én heel hoge temperaturen die aan de dagzijde (zie kader) ver boven de 1000 graden Celsius uitkomen.

Wanneer planeten heel dicht bij hun moederster staan, kennen ze vaak een synchrone rotatie. Dat betekent dat de rotatietijd van de planeet gelijk is aan de omlooptijd. Hierdoor is ook altijd dezelfde zijde van de planeet op de moederster gericht. Dit wordt ook wel de dagzijde genoemd. De zijde die permanent van de moederster is afgewend, noemt men de nachtzijde.

Chroomhydride
Nederlandse onderzoekers hebben WASP-31b nu nog eens nader onder de loep genomen. Ze keken daarbij naar het licht (afkomstig van de moederster) dat op de grens tussen de dag- en nachtzijde door de atmosfeer van WASP-31b sijpelt. Elementen die in de atmosfeer te vinden zijn, laten in dit licht hun ‘vingerafdrukken’ achter. En zo kunnen onderzoekers uit het licht aflezen welke elementen er in de atmosfeer te vinden zijn. Een analyse van het licht resulteert nu in de voorzichtige aanwijzing dat WASP-31b beschikt over een stof die op het randje zit tussen vloeibaar en gas: chroomhydride.

Over chroomhydride
“Chroom is een element dat we vooral kennen van verchroomde materialen op Aarde,” vertelt Michiel Min, verbonden aan het Nederlands Instituut voor Ruimte-onderzoek (SRON), aan Scientias.nl. “Het is een element dat op Aarde relatief zeldzaam is. Waarschijnlijk omdat het meeste chroom op Aarde naar de diepe kern is gezonken. Chroomhydride is de gasvorm van chroom gebonden aan een waterstofatoom. Dat klinkt saai, maar vereist heel hoge temperaturen en vrij exotische omstandigheden.”

Weersysteem
Die hoge temperaturen zijn aan de dagzijde van WASP-31b te vinden. Hier kan de gasvorm van chroom, gebonden aan een waterstofatoom dus heel goed voorkomen. Maar wanneer je de nachtzijde nadert, dalen de temperaturen. En op de grens tussen de dag- en nachtzijde komen ze uit op zo’n 1200 graden Celsius. Toevallig is dat precies de temperatuur waarbij chroomhydride overgaat van vloeibaar naar gas. Het wijst er voorzichtig op dat chroomhydride op WASP-31b een heus weersysteem mogelijk maakt, zo ligt Min uit. “Het is net als met water op onze eigen planeet. Omdat water op Aarde in gasvorm en in vloeibare vorm kan bestaan, kan het naar boven mixen als gas, waar het condenseert in wolken en dan weer uitregent als regen. Ditzelfde effect hebben we hier waarschijnlijk maar dan met chroom. Je kunt je dus voorstellen dat daar chroom-wolken en chroom-regen kan zijn! Dit soort exotische wolken en regensystemen beginnen we langzaam aan steeds beter te begrijpen en te kunnen waarnemen.”

Wolken, regen en wind
Aangenomen wordt dus dat chroomhydride in gasvorm voorkomt aan de dagzijde en aan de nachtzijde juist in vloeibare vorm te vinden is. Omdat de grote temperatuurverschillen tussen de dag- en nachtzijde volgens theoretische modellen resulteert in sterke winden, kan het zomaar zijn dat de wolken die aan de dagzijde ontstaan door die winden naar de nachtzijde worden getransporteerd, waar ze uitregenen. Toekomstige observaties moeten het bestaan van die winden echter nog bevestigen.

Ook moeten toekomstige observaties uitwijzen of chroomhydride daadwerkelijk op WASP-31b te vinden is. Want hoewel observaties van ruimtetelescoop Hubble voorzichtig op de aanwezigheid van het element wijzen, kon de Very Large Telescope (gevestigd in Chili) dat niet bevestigen. “Daar zijn logische verklaringen voor,” zo merkt onderzoeker Marrick Braam op. “Maar we spreken daarom van een indicatie in plaats van bewijs.” “Waar het feitelijk op neerkomt, is dat de VLT-data de chroomhydride niet zien,” legt Min uit. “Je kunt dus op basis van de VLT-data niet bevestigen dat de chroomhydride er is, je kunt ook niet bevestigen dat het element er niet is. Die data zijn simpelweg niet goed genoeg. Dat is uiteraard jammer, maar ook wel begrijpelijk omdat we het hier hebben over een vrij vage vingerafdruk die best lastig is waar te nemen. Vandaar ook des te indrukwekkender dat we het denken te kunnen zien!”

Ontstaan
Het is voor het eerst dat chroomhydride op een hete Jupiter is aangetroffen. Dat de hete reuzenplaneet over het element beschikt, heeft onderzoekers slechts deels verrast. Eerder is het element namelijk wel al aangetroffen op een bruine dwerg. “Dat zijn feitelijk de grotere broertjes van hete Jupiters, maar met een heel andere vormingsgeschiedenis (denken we),” aldus Min. Tegelijkertijd kun je je echter ook verbazen over het feit dat het element rijkelijk op hete Jupiters voorkomt. Want zoals gezegd treffen we het hier op aarde slechts mondjesmaat aan, omdat het naar de kern gezonken is. “Het roept natuurlijk de vraag op waarom dat bij deze hete Jupiter niet is gebeurd. Waarschijnlijk omdat de temperatuur zo hoog is dat het gedeeltelijk in de gasfase blijft waardoor het makkelijk weer naar boven te mixen is waar we het kunnen zien. Dat het er überhaupt zit, is al interessant want dat vertelt ons iets over de vorming van de planeet. Dit materiaal moet daar gebracht zijn vanuit meteorieten, of planetoïden die dus op de planeet zijn gebotst en daarna verdampt. Dus dit vertelt ons veel over de omgeving waarin de planeet zich bevindt of bevond en hoe heftig de planeet gebombardeerd is met planetoïden en meteorieten?”

In de toekomst hopen onderzoekers de James Webb Space Telescope in te zetten om het bestaan van chroomhydride te bevestigen en meer over het weersysteem op WASP-31b te weten te komen. “James Webb heeft de nauwkeurigheid om meer in detail ook te gaan kijken naar de warmtestraling van de planeet zelf. We hopen daar het signaal van chroomhydride te kunnen zien in verschillende fases van de planeet (dus dag-, schemer- en nachtzijde). Dat zou ons heel veel informatie geven over hoe de cyclus van warmtecirculatie en wolkvorming in zijn werk gaat.” Ook hopen onderzoekers met de telescoop – die eind oktober gelanceerd moet worden – nog andere hete Jupiters met uiteenlopende temperaturen te bestuderen en zo helder te krijgen hoe de weersystemen op die planeten samenhangen met temperatuur.

En uiteindelijk hopen onderzoekers natuurlijk ook een blik te kunnen werpen op de veel kleinere en verder van hun moederster verwijderde rotsachtige planeten die daadwerkelijk leven kunnen herbergen. Het bestaan van een weersysteem is namelijk één van de eigenschappen die een planeet geschikt maakt voor leven en kan dan ook helpen onthullen of een planeet geschikt is voor het ontstaan en in standhouden van leven.