Leven buiten de aarde? Webb Space Telescope onderzoekt een verrassende nabijgelegen ijsplaneet

Een gematigde exoplaneet, LHS 1140 b, kan een wereld zijn die volledig bedekt is met ijs (links) vergelijkbaar met Jupiter's maan Europa of kan een ijsplaneet zijn met een vloeibare sub-stellaire oceaan en een bewolkte atmosfeer (midden). LHS 1140 b is 1,7 keer zo groot als onze planeet Aarde (rechts) en is de meest veelbelovende exoplaneet in de leefbare zone tot nu toe gevonden in de zoektocht naar vloeibaar water buiten het zonnestelsel. Credit: Benoit Gougeon, Université de Montréal

Onderzoekers hebben gegevens van meerdere ruimtetelescopen, waaronder de James Webb-ruimtetelescoop (JWST), gebruikt om de exoplaneet LHS 1140 b te bestuderen, gelegen op 48 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Walvis. Deze exoplaneet, die rond een rode dwergster draait, bevindt zich in de leefbare zone en vertoont tekenen die mogelijk wijzen op een stikstofrijke atmosfeer en een waterrijke samenstelling, wat een vloeibare wateroceaan zou kunnen omvatten. Dit maakt LHS 1140 b een van de meest veelbelovende kandidaten voor toekomstige leefbaarheidsstudies.

Wetenschappers hebben een gematigde exoplaneet geïdentificeerd als een veelbelovende super-Aarde ijs- of waterwereld. Geleid door de Université de Montréal, maakt het onderzoeksteam ook een University of Michigan-astronoom.

De bevindingen tonen aan dat de leefbare zone exoplaneet, LHS 1140 b, waarschijnlijk geen mini-Neptunus is, een kleine zogenaamde gasreus - grote planeten bestaande voornamelijk uit gas - met een dikke, waterstofrijke atmosfeer. De planeet, gelegen op ongeveer 48 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Walvis, wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende kandidaten voor exoplaneten in de leefbare zone, die mogelijk een atmosfeer en zelfs een vloeibare wateroceaan herbergt.

Gegevens van de James Webb-ruimtetelescoop werden verzameld in december 2023 en toegevoegd aan eerdere gegevens van andere ruimtetelescopen Spitzer, Hubble en TESS om dit resultaat te versterken, dat deze week werd aanvaard voor publicatie in The Astrophysical Journal Letters.

"Dit is de eerste keer dat we ooit een hint van een atmosfeer hebben gezien op een leefbare zone rotsachtige of ijsrijke exoplaneet. Het detecteren van atmosferen op kleine, rotsachtige werelden is een belangrijk doel van JWST, maar deze signalen zijn veel moeilijker te zien dan voor reuzenplaneet-atmosferen," aldus Ryan MacDonald, NASA Sagan Fellow bij de U-M Faculteit Astronomie die een sleutelrol speelde bij de analyse van de atmosfeer van LHS 1140 b. "LHS 1140 b behoort tot de beste kleine exoplaneten in de leefbare zone die in staat zijn een dichte atmosfeer te ondersteunen, en we hebben misschien net bewijs gevonden van lucht op deze wereld."

De James Webb-ruimtetelescoop, gelanceerd in 2021, is de volgende grote ruimtewetenschapsobservatorium na Hubble, ontworpen om onbeantwoorde vragen over het Universum te beantwoorden en baanbrekende ontdekkingen te doen in alle astronomische velden. Dankzij zijn infraroodcapaciteiten kan het in detail de atmosferen van verre planeten bestuderen, waarbij elementen als waterdamp, methaan en mogelijke biosignaturen worden geidentificeerd. Credit: ESA/ATG medialab

LHS 1140 b, een exoplaneet die rond een laagmassieve rode dwergster draait, ongeveer een vijfde van de grootte van de zon, heeft wetenschappers geboeid vanwege het feit dat het een van de dichtstbijzijnde exoplaneten bij het zonnestelsel is die binnen de leefbare zone van zijn ster ligt. Exoplaneten die zich in deze "Goldilocks Zone" bevinden, hebben temperaturen die het bestaan van water in vloeibare vorm zouden toelaten, een cruciaal element voor leven zoals wij dat kennen op Aarde.

Een van de cruciale vragen over LHS 1140 b was of het een mini-Neptunus type exoplaneet was of een super-Aarde - een rotsachtige of waterrijke planeet groter dan de Aarde.

"Van alle momenteel bekende gematigde exoplaneten zou LHS 1140 b wel eens ons beste kans kunnen zijn om ooit indirect vloeibaar water op het oppervlak van een buitenaardse wereld buiten ons zonnestelsel te bevestigen," aldus Charles Cadieux, hoofdauteur van het wetenschappelijke artikel en doctoraatsstudent aan de Université de Montréal. "Dit zou een belangrijke mijlpaal zijn in de zoektocht naar potentiële leefbare exoplaneten."

De analyse van de observaties van het team sluit sterk het mini-Neptunus scenario uit, met aanwijzingen dat de exoplaneet LHS 1140 b een super-Aarde is die zelfs een stikstofrijke atmosfeer zou kunnen hebben, vergelijkbaar met die van de Aarde. Het team waarschuwt echter dat aanvullende waarnemingen met JWST waarnemingen nodig zullen zijn om de signatuur van stikstofgas te bevestigen.

Schattingen op basis van alle verzamelde gegevens onthullen dat LHS 1140 b minder dicht is dan verwacht voor een rotsachtige planeet met een samenstelling zoals die van de Aarde, wat suggereert dat 10 tot 20% van zijn massa uit water zou kunnen bestaan. Deze ontdekking wijst erop dat LHS 1140 b een overtuigende kandidaat waterwereld is, waarschijnlijk gelijkend op een sneeuwbal of ijsplaneet met een potentieel vloeibare oceaan op het sub-stellaire punt, of het gebied van het oppervlak van de planeet dat altijd naar de gastster van het systeem gericht zou zijn vanwege de synchrone rotatie van de planeet (vergelijkbaar met de maan van de Aarde).