De exoplaneten zijn gehuld in een door waterdamp gedomineerde atmosfeer, maar de concentraties liggen veel lager dan verwacht.

Astronomen hebben in een nieuwe studie de atmosfeer van negentien exoplaneten – planeten die zich buiten ons zonnestelsel bevinden – onderzocht om zo meer te weten te komen over hun chemische en thermische eigenschappen. De bevindingen zijn best opmerkelijk. Want hoewel eerst nog werd gedacht dat vergelijkbare planeten in ons universum enigszins dezelfde samenstelling zouden hebben, blijkt het tegendeel nu bewezen.

De exoplaneten
Het team nam met behulp van Hubble ruimtetelescoop, ESA’s Very Large Telescope en de spiegeltelescoop Gran Telescopio Canarias negentien heel verschillende exoplaneten onder de loep. Deze planeten liepen uiteen van zogenaamde ‘mini-Neptunussen’ van nog geen 10 aardmassa’s, tot ‘super-Jupiters’ van meer dan 600 aardmassa’s. Ook de temperatuur op de onderzochte exoplaneten variëren van een koele twintig graden Celsius tot een verzengende 200 graden Celsius. De onderzoekers combineerden deze waarnemingen met gedetailleerde computermodellen en statistische methoden om de chemische samenstelling van de atmosfeer in kaart te brengen.


Waterdamp
De onderzoekers troffen op zes exoplaneten natrium en kalium aan. Daarnaast kwamen ze erachter dat de meeste exoplaneten gehuld zijn in een door waterdamp gedomineerde atmosfeer. Zo blijkt dat zeker veertien van de negentien onderzochte planeten waterdamp herbergen. Hoewel waterdamp dus best als gangbaar kan worden aangemerkt, kwamen de onderzoekers tot de verrassende ontdekking dat de aangetroffen concentraties veel lager liggen dan verwacht. “Het is opmerkelijk om zo weinig water te vinden in de atmosfeer van een breed scala van planeten die ook nog eens rond hele verschillende sterren cirkelen,” aldus onderzoeker Nikku Madhusudhan.

Het lijkt erop dat de onderzochte exoplaneten enorm van elkaar verschillen. Want hoewel de resultaten over de hoeveelheid waterdamp de onderzoekers enigszins verrasten, blijken de concentraties van andere elementen wel weer met de verwachtingen te stroken. “We zien de eerste tekenen van chemische patronen in buitenaardse werelden en ontdekken hoe divers ze kunnen zijn in hun chemische samenstelling,” constateert Madhusudhan.

Variatie
Ook blijken de exoplaneten opvallend weinig zuurstof te herbergen. En dat is best opvallend. Want onderzoekers hadden verwacht dat soortgelijke planeten in ons universum ook qua samenstelling op elkaar zouden lijken. Zo zouden bepaalde elementen – zoals bijvoorbeeld zuurstof, dat na waterstof en helium het meest voorkomende element in het universum is – in ongeveer dezelfde hoeveelheden in de atmosfeer van exoplaneten te vinden moeten zijn. En dat zou weer betekenen dat de atmosferen ook water, een belangrijke drager van zuurstof, zouden herbergen.

Ontstaan
Maar dat is niet wat de onderzoekers vonden. En dat wijst op een hele andere ontstaansgeschiedenis. In ons zonnestelsel is er in de atmosfeer van gigantische planeten veel meer koolstof te vinden in vergelijking met waterstof dan in de zon. Men denkt dat dit is gebeurd bij de vorming van de planeten, toen grote hoeveelheden ijs en andere deeltjes de planeet in werden getrokken. Dat zuurstof dus maar mondjesmaat in de atmosfeer van exoplaneten voorkomt, betekent dat de planeten zich heel anders moeten hebben gevormd in een omgeving waar ijs afwezig is.


Jupiter
De bevindingen geven ons meer inzicht in de atmosferen van exoplaneten; informatie die we niet eens hebben van onze naaste buren. “Het meten van de concentraties van deze elementen in de atmosferen van exoplaneten is iets buitengewoons,” zei onderzoeksleider Luis Wedbank. “Zeker gezien het feit dat dit nog niet eens is gelukt voor gigantische planeten in ons eigen zonnestelsel.” Zo weten we bijvoorbeeld nog steeds niet precies de samenstelling van onze dichtstbijzijnde gasreus Jupiter. “Omdat Jupiter zo koud is, zou waterdamp in de atmosfeer condenseren, waardoor het moeilijk te meten is,” zegt onderzoeksleider Luis Wedbanks. Toch zou dat nu ontzettend interessant zijn. Onderzoekers denken namelijk te weten dat Jupiter een waterrijke planeet is. En als dat ook echt zo is, betekent dit dat de gasreus heel anders het levenslicht heeft gezien dan de exoplaneten uit de studie.

Al met al veranderen de bevindingen ons begrip over het voorkomen van water op exoplaneten. “Gezien het feit dat water een belangrijk component is voor de leefbaarheid van een planeet, is het belangrijk om te weten hoeveel water er eigenlijk in andere planetaire systemen te vinden is,” concludeert Madhusudhan. Daarnaast daagt het ons begrip over hoe exoplaneten worden gevormd uit. De resultaten laten dus zien dat we niet langer kunnen aannemen dat verschillende chemische elementen die te vinden zijn in atmosferen van planeten uit ons eigen zonnestelsel net zo overvloedig aanwezig zijn in andere planetaire atmosferen.