James Webb vindt semi-zwaar water op WASP-39b: een nieuwe aanwijzing voor bewoonbare werelden

De detectie heeft volgens de analyse een statistische significantie van 4,81 sigma .

Een opvallend hoge verhouding tussen deuterium en waterstof

De HDO-signatuur maakte het mogelijk om de verhouding tussen deuterium en waterstof — de zogenoemde D/H-verhouding — in het water van WASP-39b te berekenen. De onderzoekers komen uit op 4,0^{+1,3}_{-1,1} × 10⁻³ .

Dat is aanzienlijk hoger dan de D/H-verhoudingen die zijn gemeten bij de gasreuzen in ons eigen zonnestelsel: Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. De waarde vertoont wel numerieke overlap met metingen in sommige gebieden waar sterren worden geboren en bij objecten in het binnenste zonnestelsel .

De D/H-verhouding werkt daardoor als een soort chemisch archief. Ze kan aanwijzingen bevatten over de omstandigheden waarin een planeet ontstond en over wat er later met diens atmosfeer gebeurde.

Twee mogelijke verklaringen

De onderzoekers noemen twee belangrijke scenario’s voor de relatief hoge hoeveelheid deuterium in WASP-39b .

1. Vorming in een koude zone voorbij de sneeuwlijn

WASP-39b kan oorspronkelijk ver van zijn ster zijn gevormd, in het koude buitengebied van de protoplanetaire schijf en voorbij de sneeuwlijn. Dat is de afstand waarop water in de vorm van ijs kan condenseren.

In zulke koude gebieden kan deuteriumrijk waterijs zich relatief gemakkelijk ophopen in het materiaal waaruit planeten ontstaan. WASP-39b zou vervolgens naar zijn huidige, veel warmere baan zijn gemigreerd en daarbij een deel van die oorspronkelijke isotopensignatuur hebben behouden .

2. Verandering van de atmosfeer in de loop der tijd

Een tweede mogelijkheid is dat de verrijking later in de atmosfeer is ontstaan. Fotochemische reacties hoog in de atmosfeer, vermenging tussen verschillende luchtlagen en het verkiezen van licht waterstof bij ontsnapping naar de ruimte kunnen de overblijvende atmosfeer relatief rijker maken aan het zwaardere deuterium .

Op basis van deze meting alleen is nog niet vast te stellen welk scenario de doorslag geeft.

Waarom dit belangrijk is voor de zoektocht naar leven

WASP-39b zelf geldt niet als bewoonbaar: het is een hete, gasachtige planeet. Toch is de ontdekking een belangrijke demonstratie voor toekomstig onderzoek naar exoplaneten .

De techniek om HDO te herkennen en de D/H-verhouding te bepalen is namelijk niet uitsluitend bruikbaar voor gasreuzen. Op aarde helpt de D/H-verhouding in oceaanwater bijvoorbeeld om te onderzoeken hoe het water op onze planeet is aangevoerd, met mogelijke bronnen zoals asteroïden en kometen .

Als astronomen dezelfde methode ooit kunnen toepassen op een gematigde, rotsachtige exoplaneet, kunnen zij vragen onderzoeken als:

• Waar komt het water vandaan? Is het afkomstig van ijsrijke bouwstenen uit de buitenste delen van het planetenstelsel?
• Wat heeft de ster veroorzaakt? Heeft de straling van de moederster het water in de loop van miljarden jaren veranderd?
• Hoeveel atmosfeer is verloren gegaan? Is veel van het lichtere waterstof naar de ruimte ontsnapt?

Samen kunnen zulke aanwijzingen helpen bepalen of een rotsachtige wereld vloeibaar water aan het oppervlak zou kunnen hebben — een belangrijke voorwaarde bij de beoordeling van mogelijke bewoonbaarheid . De HDO-meting op WASP-39b laat zien dat JWST gevoelig genoeg is om deze isotopensignatuur op grote afstand te onderzoeken. Dat brengt astronomen een stap dichter bij het onderscheiden van planeten die alleen interessant zijn door hun chemie en werelden die mogelijk geschikte omstandigheden voor leven hebben.