Webb brengt het weer op WASP-43b in kaart
WASP-43b is aan de nachtzijde bewolkt en het is er helder aan de dagzijde. Er waaien rond de evenaar winden met snelheden tot 8000 km per uur.
WASP-43b is een gasreus met de grootte van Jupiter maar een massa van twee keer die van Jupiter. De exoplaneet bevindt zich op een afstand van ongeveer 260 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Sextans – Sextant.
WASP-43b bevindt zich zo dicht bij zijn gastster, de oranje dwergster WASP-43, dat de planeet er in 19,5 uur omheen draait. Ook draait de planeet in een gebonden rotatie om zijn ster heen.
Ofschoon de nachtzijde nooit directe straling van de ster ontvangt transporteren sterke oostwaarts gerichte winden warmte van de dagzijde naar de nachtzijde.
Sinds zijn ontdekking in 2011 is WASP-43b (Astrólabos geheten) met behulp van verschillende telescopen onderzocht. Ook de Hubble Space Telescope en de inmiddels gepensioneerde Spitzer Space Telescope bekeken de planeet.
Hubble toonde waterdamp aan op de dagzijde en zowel Hubble als Spitzer suggereerden dat er wolken aan de nachtzijde kunnen voorkomen. Maar astronomen hadden de betere instrumenten nodig van de Webb Space Telescope om temperatuur, wolken en de samenstelling van de atmosfeer te onderzoeken.
Ofschoon WASP-43b te klein, te zwak en veel te dicht om zijn ster draait om rechtstreeks waargenomen te kunnen worden maakt zijn korte baanperiode de planeet tot een geschikt onderzoeksobject om met zogenaamde phase curve spectroscopie te onderzoeken. Deze techniek maakt gebruik van kleine veranderingen in de helderheid van het systeem als gevolg van de draaiing van de planeet om zijn ster.
Omdat de hoeveelheid midden-infraroodlicht dat door een object wordt uitgezonden grotendeels afhangt van hoe warm het is, kunnen de helderheidsgegevens die door Webb zijn vastgelegd, worden gebruikt om de temperatuur van de planeet te berekenen.
In hun onderzoek gebruikten de astronomen het Mid-Infrared Instrument (MIRI) van de Webb om het licht van het WASP-43-systeem gedurende meer dan 24 uur elke 10 seconden te meten.
Door gedurende een hele baan waar te nemen konden de astronomen de temperatuur van verschillende kanten van de planeet berekenen terwijl ze in beeld draaien. Op basis daarvan zou men een ruwe kaart kunnen maken van de temperatuur over de hele planeet.
Uit de metingen blijkt dat de dagzijde een gemiddelde temperatuur heeft van bijna 1250 °C – warm genoeg om ijzer te smeden. Ondertussen is de nachtzijde aanzienlijk koeler: 600 °C.
De gegevens helpen ook bij het lokaliseren van de heetste plek op de planeet, die enigszins oostwaarts is verschoven ten opzichte van het punt dat de meeste straling van de ster ontvangt, waar de ster het hoogst aan de hemel van de planeet staat. Deze verschuiving vindt plaats vanwege supersonische winden die verwarmde lucht naar het oosten verplaatsen.
Het feit dat men de temperatuur op deze manier in kaart kan brengen is een bewijs van de gevoeligheid en stabiliteit van de Webb Space Telescope, aldus de onderzoekers.
Om de kaart te interpreteren gebruikten de astronomen complexe 3D-atmosfeermodellen, zoals die ook gebruikt worden om het weer en het klimaat op Aarde te begrijpen.
Uit de analyse blijkt dat de nachtzijde waarschijnlijk bedekt is met een dikke, hoge wolkenlaag die verhindert dat een deel van het infraroodlicht naar de ruimte ontsnapt.
Als gevolg hiervan dit de nachtkant er – hoewel erg heet – zwakker en koeler uit dan wanneer er geen wolken zouden zijn.
Het brede spectrum van midden-infraroodlicht dat door Webb werd opgevangen , maakte het ook mogelijk om de hoeveelheid waterdamp en methaan rond de planeet te meten.
Webb bood de onderzoekers de mogelijkheid om erachter te komen welke moleculen ze zien en grenzen te stellen aan de hoeveelheden.
De spectra vertonen duidelijke tekenen van waterdamp aan zowel de nachtzijde als de dagzijde van de planeet, wat aanvullende informatie oplevert over hoe dik de wolken zijn en hoe hoog ze zich in de atmosfeer uitstrekken.
Verrassend genoeg laten de gegevens ook een duidelijk gebrek aan methaan zien, waar dan ook in de atmosfeer. Hoewel het overdag te heet is om methaan te laten bestaan (het grootste deel van de koolstof zou in de vorm van koolmonoxide moeten zijn), zou methaan aan de koelere nachtzijde stabiel en detecteerbaar moeten zijn.
Het feit dat er geen methaan zichtbaar s zegt de onderzoekers dat er op WASP-43b windsnelheden tot wel 8000 kilometer per uur moeten voorkomen.
Als de wind het gas snel genoeg van de dagzijde naar de nachtzijde en weer terug brengt is er niet genoeg tijd voor de verwachte chemische reacties om aan de nachtzijde detecteerbare hoeveelheden methaan te produceren.
Volgens de onderzoekers is met de nieuwe waarnemingskracht van Webb WASP-43b in ongekend detail onthuld. Het is een complexe, onherbergzame wereld met hevige winden, enorme temperatuurschommelingen en fragmentarische wolken die waarschijnlijk uit rotsdruppels bestaan.
WASP-43b herinnert ons aan de enorme verscheidenheid aan klimeten die mogelijk zijn op exoplaneten en aan de vele manieren waarop de Aarde bijzonder is.
De resultaten zijn in het tijdschrift Nature Astronomy gepubliceerd.
Artikel: T.J. Bell et al. Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b. Nat Astron, published online February 22, 2024; doi: 10.1038/s41550-024-02230-x
Eerste publicatie: 6 mei 2024
Bron: sci-news
