Een andere techniek is toegevoegd aan de toolkit van de exoplaneetjagers en er zijn geen enorme telescopen op de grond of observatoria in de ruimte voor nodig. Deze nieuwe op de grond gebaseerde techniek zal de studie van atmosferen van planeten buiten ons zonnestelsel mogelijk maken, waardoor onze zoektocht naar aardachtige planeten met levensgerelateerde moleculen wordt versneld.
Op 11 augustus 2007 draaide Mark Swain van JPL en zijn team de NASA Infrared Telescope Facility - een telescoop van 3 meter op de top van Mauna Kea, Hawaii - naar de hete planeet Jupiter-formaat HD 189733b in het sterrenbeeld Vulpecula . Elke 2,2 dag draait de planeet om een K-type hoofdreeksster die iets koeler en kleiner is dan onze zon. HD189733b had al een doorbraak in de exoplaneetwetenschap opgeleverd, waaronder detectie van waterdamp, methaan en koolstofdioxide met behulp van ruimtetelescopen.
Met behulp van een nieuwe kalibratiemethode om systematische waarnemingsfouten veroorzaakt door instabiliteit van de atmosfeer van de aarde te verwijderen, verkregen ze een meting die details onthulde van de atmosferische samenstelling en omstandigheden van de HD189733b, een ongekende prestatie van een op de aarde gebaseerd observatorium.
Ze detecteerden kooldioxide en methaan in de atmosfeer van de exo-planeet van HD 189733b met de SpeX-spectrograaf, die licht opsplitst in zijn componenten om de kenmerkende spectrale signaturen van verschillende chemicaliën te onthullen. Hun belangrijkste werk was de ontwikkeling van de nieuwe kalibratiemethode om systematische waarnemingsfouten te verwijderen die worden veroorzaakt door de variabiliteit van de atmosfeer van de aarde en instabiliteit als gevolg van de beweging van het telescoopsysteem terwijl het zijn doelwit volgt.
Het kostte de onderzoekers meer dan twee jaar om hun methode te ontwikkelen zodat deze met de 3 meter telescoop op spectroscopische waarnemingen kon worden toegepast, waardoor specifieke moleculen zoals methaan en kooldioxide konden worden geïdentificeerd.
"Als gevolg van dit werk hebben we nu het opwindende vooruitzicht dat andere geschikt uitgeruste en toch relatief kleine op de grond gebaseerde telescopen exoplaneten zouden kunnen karakteriseren", zegt John Rayner, de ondersteunende wetenschapper van de NASA Infrared Telescope Facility die de SpeX-spectrograaf heeft gebouwd. "Op sommige dagen kunnen we de zon niet eens zien met de telescoop, en op andere dagen is het verbazingwekkend dat we nu een spectrum van een exoplaneet op 63 lichtjaar afstand kunnen verkrijgen."
Tijdens hun waarnemingen vond het team onverwachte heldere infraroodemissie van methaan die opvalt aan de dagzijde van HD198733b. Dit kan wijzen op een soort activiteit in de atmosfeer van de planeet die verband kan houden met het effect van ultraviolette straling van de moederster van de planeet die de bovenste atmosfeer van de planeet raakt, maar er is meer gedetailleerd onderzoek nodig.
"Een onmiddellijk doel voor het gebruik van deze techniek is om de atmosfeer van deze en andere exoplaneten vollediger te karakteriseren, inclusief detectie van organische en mogelijk prebiotische moleculen" zoals die welke aan de evolutie van het leven op aarde voorafgingen, zei Swain. "We zijn klaar om die taak uit te voeren." Sommige vroege doelen zijn de superaarde. Gebruikt in synergie met waarnemingen van NASA's Hubble, Spitzer en de toekomstige James Webb-ruimtetelescoop, zal de nieuwe techniek "ons een absoluut briljante manier geven om superaarde te karakteriseren", zei Swain.
Hun werk wordt vandaag gerapporteerd in de editie van 3 februari 2010 van Natuur.
Voor een geweldige FAQ over het gebruik van spectrum om exoplaneten te bestuderen, zie deze pagina van het Max Planck Institute for Astronomy.
Bronnen: Max Planck Institute for Astronomy, STFC
