De superaarde 55 Cancri e (ook bekend als Janssen) is enigszins beroemd, zoals exoplaneten gaan. Oorspronkelijk ontdekt in 2004, was deze wereld een van de weinige waarvan de ontdekking dateert van vóór Kepler missie. In 2016 was het ook de eerste exoplaneet waarvan de atmosfeer met succes werd gekenmerkt. In de loop der jaren zijn er op deze planeet verschillende onderzoeken uitgevoerd die enkele nogal interessante dingen over de samenstelling en structuur ervan hebben onthuld.
Zo geloofden wetenschappers ooit dat 55 Cancri e een "diamantplaneet" was, terwijl recenter werk gebaseerd op gegevens van de Spitzer ruimtetelescoop concludeerde dat het oppervlak bedekt was met meren van hete lava. Een nieuwe studie, uitgevoerd door wetenschappers van NASA's Jet Propulsion Laboratory, geeft echter aan dat 55 Cancri e ondanks zijn intense oppervlaktewarmte een atmosfeer heeft die vergelijkbaar is met die van de aarde, maar dan veel heter!
De studie, getiteld "A Case for a Atmosphere on Super-Earth 55 Cancri e", verscheen onlangs in The Astrophysical Journal. Onder leiding van Isabel Angelo (een natuurkundestudent bij UC Berkeley) met de hulp van Renyu Hu - een astronoom en Hubble Fellow bij JPL en Caltech - voerde het paar een meer gedetailleerde analyse uit van de Spitzer gegevens om de waarschijnlijkheid en samenstelling van een atmosfeer rond 55 Cancri e te bepalen.
Eerdere studies van de planeet wezen uit dat deze superaarde (die twee keer zo groot is als onze planeet) heel dicht bij zijn ster draait. Dientengevolge heeft het een zeer korte omlooptijd van ongeveer 17 uur en 40 minuten en is het netjes vergrendeld (met één kant constant naar de ster gericht). Tussen juni en juli 2013 Spitzer waargenomen 55 Annulering en verkregen temperatuurgegevens met behulp van de speciale infraroodcamera.
Aanvankelijk werden de temperatuurgegevens gezien als een indicatie dat er grote afzettingen van lava op het oppervlak waren. Nadat deze gegevens echter opnieuw waren geanalyseerd en gecombineerd met een nieuw model dat eerder door Hu was ontwikkeld, begon het team aan deze verklaring te twijfelen. Volgens hun bevindingen moet de planeet een dikke atmosfeer hebben, omdat lavameren die aan de ruimte worden blootgesteld, hete plekken met hoge temperaturen zouden creëren.
Bovendien merkten ze ook op dat de temperatuurverschillen tussen de dag- en nachtzijde niet zo groot waren als eerder werd gedacht - een andere indicatie van een atmosfeer. Door veranderingen in de helderheid van de planeet te vergelijken met energiestroommodellen, concludeerde het team dat een atmosfeer met vluchtige materialen de beste verklaring was voor de hoge temperaturen. Zoals Renyu Hu uitlegde in een recent persbericht van NASA:
'Als er lava op deze planeet is, zou het het hele oppervlak moeten bedekken. Maar de lava zou voor ons verborgen blijven door de dikke atmosfeer. Wetenschappers debatteren of deze planeet een atmosfeer heeft zoals de aarde en Venus, of gewoon een rotsachtige kern en geen atmosfeer, zoals Mercurius. De sfeer voor een sfeer is nu sterker dan ooit. ”
Met behulp van Hu's verbeterde model van hoe warmte over de planeet zou stromen en terug de ruimte in zou stralen, ontdekten ze dat de temperaturen aan de dagzijde gemiddeld ongeveer 2573 K (2300 ° C; 4200 ° F) zouden bedragen. Ondertussen zouden de temperaturen aan de “koude” kant gemiddeld ongeveer 1573 - 1673 K (1.300 - 1.400 ° C; 2.400 - tot 2.600 ° F) bedragen. Als de planeet geen atmosfeer had, zouden de temperatuurverschillen veel extremer zijn.
Wat betreft de samenstelling van deze atmosfeer, Angelo en Hu onthulden dat deze waarschijnlijk vergelijkbaar is met die van de aarde - met stikstof, water en zelfs zuurstof. Hoewel het veel heter is, leek de atmosferische dichtheid ook vergelijkbaar met die van de aarde, wat suggereert dat de planeet waarschijnlijk rotsachtig (ook bekend als terrestrisch) van samenstelling is. Aan de andere kant zijn de temperaturen veel te hoog voor het oppervlak om vloeibaar water vast te houden, wat de bewoonbaarheid een niet-starter maakt.
Uiteindelijk is deze studie mogelijk gemaakt dankzij Hu's ontwikkeling van een methode die de studie exoplaneetatmosferen en -oppervlakken gemakkelijker maakt. Angelo, die de studie leidde, werkte eraan als onderdeel van haar stage bij JPL en paste Hu's model aan 55 Cancri e aan. Voorheen was dit model alleen toegepast op gigantische gasreuzen die dicht bij hun respectievelijke zonnen cirkelen (ook bekend als "Hot Jupiters").
Uiteraard zijn er onopgeloste vragen die deze studie helpt opwerpen, zoals hoe 55 Cancri e heeft voorkomen dat ze haar atmosfeer aan de ruimte verloor. Gezien hoe dicht de planeet om zijn ster draait en het feit dat hij netjes op slot zit, zou hij onderhevig zijn aan intense hoeveelheden straling. Verdere studies kunnen helpen om te onthullen hoe dit het geval is, en zullen ons begrip van grote, rotsachtige planeten helpen vergroten.
De toepassing van dit model op een superaarde is het perfecte voorbeeld van hoe exoplaneetonderzoek de afgelopen jaren is geëvolueerd. Aanvankelijk waren wetenschappers beperkt tot het bestuderen van gasreuzen die dicht bij hun sterren (en hun respectieve atmosfeer) cirkelen, omdat deze het gemakkelijkst te herkennen en te karakteriseren zijn. Maar dankzij verbeteringen in instrumentatie en methoden groeit het aantal planeten dat we kunnen bestuderen.
