Koudste exoplaneet ooit direct waargenomen: een Jupiter-achtige wereld die een dode ster omcirkelt

Een Jupiter-achtige wereld genaamd WD 1856 b draait om een witte dwerg op 80 lichtjaar afstand – een dode ster die al lang geleden zijn nucleaire brandstof heeft opgebruikt. Met behulp van de James Webb Ruimtetelescoop (JWST) hebben astronomen nu bevestigd dat deze exoplaneet de koudste wereld is die ooit direct in uitgestraald licht is gedetecteerd, met een atmosfeer rijk aan methaan en gehuld in dikke nevels. Zijn bestaan biedt een zeldzame inkijk in een mogelijke toekomst van ons eigen zonnestelsel.

De koudste exoplaneet ooit direct waargenomen

WD 1856 b is niet het soort planeet dat de krantenkoppen haalt vanwege verschroeiende hitte. Met een temperatuur van 186 Kelvin (−87°C) is het de koudste exoplaneet waarvan ooit direct licht is waargenomen . Webb's Mid-Infrared Instrument (MIRI) detecteerde de zwakke thermische gloed van de planeet en bevestigde daarmee dat het de eerste overgangsplaneet is waarvan bekend is dat hij om een witte dwergster draait . De detectie, met een statistische significantie van 5,7 sigma, beperkte ook de massa van de planeet tot maximaal zes keer die van Jupiter .

Vóór deze ontdekking was er nog nooit een exoplaneet kouder dan 275 Kelvin direct afgebeeld in uitgestraald licht .

Een atmosfeer als Titan: methaan en nevels

Toen astronomen het licht analyseerden dat door de atmosfeer van WD 1856 b filterde tijdens zijn overgangen, vonden ze duidelijke signalen van methaan (CH₄) en dikke aerosolen – nevels die kortere golflengten van licht verstrooien . Deze combinatie geeft de planeet een kenmerkende oranjebruine kleur, vergelijkbaar met Saturnusmaan Titan.

De aanwezigheid van methaan is significant. Het is een molecuul dat relatief snel wordt vernietigd door stellaire straling, dus de detectie suggereert dat de atmosfeer van de planeet continu wordt aangevuld of dat de nevellagen deze beschermen . Transmissiespectra van de grond, verkregen met de GTC- en Gemini-telescopen, waren eerder vlak en kleurloos, waarschijnlijk omdat deze nevels de spectraallijnen maskeerden . Webb's infraroodgevoeligheid sneed door die nevels heen.

Een speciaal JWST NIRSpec Prism-programma (8 uur, 4 overgangen) is goedgekeurd om het eerste precisie-transmissiespectrum van deze post-hoofdreeksplaneet te verkrijgen, gericht op methaan, water, koolstofdioxide, koolmonoxide en ammoniak met een hoge signaal-ruisverhouding .

Hoe overleefde een planeet de dood van een ster?

Dit is het meest opmerkelijke deel van het verhaal. WD 1856 b draait elke 1,4 dag om zijn witte dwerg – een ongelooflijk krappe baan. Maar witte dwergen zijn de ingestorte kernen van sterren die ooit rode reuzen waren. Hoe kon een Jupiter-achtige planeet voorkomen dat hij werd opgeslokt toen zijn ster opzwol tot een rode reus?

Het antwoord is dat de planeet oorspronkelijk ver van zijn ster cirkelde. Toen de ster uitdijde tot een rode reus, bereikte zijn buitenste envelop de oorspronkelijke wijde baan van de planeet niet. Nadat de ster zijn buitenste lagen had afgestoten en was ingestort tot een witte dwerg, trokken zwaartekrachtinteracties met andere hemellichamen of getijdenkrachten de planeet naar binnen naar zijn huidige krappe baan . Met andere woorden, de planeet migreerde naar binnen nadat het gevaar geweken was.

Waarom de atmosfeer 'onverwacht warm' is

Bij 186 K is de planeet niet warm in absolute zin. De verrassing is dat hij nog steeds een substantiële atmosfeer heeft na de gewelddadige evolutie na de hoofdreeks. De zwakke witte dwerg levert bijna geen warmte, dus de warmte van de planeet is afkomstig van resterende interne warmte van zijn vorming en van getijdenverwarming – genoeg om te voorkomen dat zijn atmosfeer volledig bevriest .

Wat dit betekent voor het lot van Jupiter en Saturnus

Het voortbestaan van WD 1856 b heeft directe implicaties voor ons eigen zonnestelsel. Over miljarden jaren, wanneer de zon een rode reus en vervolgens een witte dwerg wordt, zouden Jupiter en Saturnus (die op 5–10 AE cirkelen) de inslikfase op dezelfde manier kunnen overleven, naar binnen kunnen migreren en kunnen blijven bestaan als 'zombieplaneten' in een baan om de dode zon .

De aarde en de andere binnenplaneten zullen vrijwel zeker worden verzwolgen door de uitdijende zon. Alleen de gasreuzen hebben een realistische kans om te overleven als overblijfselwerelden – een nuchter maar wetenschappelijk diepgaand inzicht, mogelijk gemaakt door deze ene bevroren wereld op 80 lichtjaar afstand.