Astronomen hebben voor het eerst duidelijke verschillen waargenomen tussen zonsopgang- en zonsonderganggebieden in de atmosfeer van een gigantische exoplaneet buiten het zonnestelsel. Bij de detectie, uitgevoerd met de James Webb Space Telescope, is WASP-121 b betrokken, een ultrahete Jupiter met extreme temperaturen.
De planeet bevindt zich zo dicht bij zijn ster dat de rotatie gesynchroniseerd is met de baan, waardoor één halfrond permanent naar de ster gericht blijft, verwarmd tot ongeveer 2.500 °C, terwijl de nachtzijde ongeveer 1.775 °C koeler blijft. Deze configuratie creëert gemarkeerde overgangszones die terminators worden genoemd.
Bevestigde variaties tussen terminators
De waarnemingen brachten asymmetrie aan het licht in de absorptie van infrarood licht tijdens de transit van de planeet. De middagterminator (schemering) absorbeert meer licht dan de ochtendterminator (dageraad), wat verschillende temperaturen en chemische samenstellingen aangeeft.
Sterke wind transporteert warmte van de dagzijde naar de nachtzijde, waardoor de regio in de middag nog meer opwarmt. Naarmate de temperatuur stijgt, breidt deze zone zich uit, waardoor de doorsnede van de planeet groter wordt en de manier verandert waarop deze het licht van de ster filtert.
Gegevens van het NIRSpec-instrument van James Webb lieten ook een toename zien van het koolmonoxidesignaal in de schemering, een effect dat wordt toegeschreven aan de temperatuur, en een daadwerkelijke vermindering van de hoeveelheid waterdamp, die dissocieert bij hoge temperaturen.
Dag- en nachtzijde van een extreme planeet
WASP-121 b heeft gemiddelde temperaturen van ongeveer 2.770 Kelvin (bijna 2.500°C) aan de dagzijde en 1.000 Kelvin (ongeveer 725°C) aan de nachtzijde. Tijdens de transit maakt de rotatie van de planeet van ongeveer 30 graden het mogelijk om verschillende lengtegraden van de atmosfeer nauwkeurig in kaart te brengen.
Deze techniek maakt gebruik van de temporele variatie van het lichtsignaal dat door de atmosfeer wordt gefilterd, waardoor de tijd wordt omgezet in een longitudinale positie. De onderzoekers vermeden het gebruikelijke gemiddelde van al het verkeer en lieten temporele variatie toe, waardoor een betere statistische aansluiting op de gegevens ontstond.
Grenzen van de huidige atmosferische modellen
De gesimuleerde modellen bevestigden het effect van temperatuurvariatie, maar het waargenomen signaal was groter dan voorspeld. Wetenschappers vermoeden de aanwezigheid van silicaatwolken in de ochtendterminator, die infraroodstraling blokkeren en lagere temperaturen simuleren.
Dit soort observaties legt hiaten bloot in de huidige modellen, die nog steeds moeite hebben om wolken realistisch te integreren. Voorlopige aanpassingen hebben de overeenstemming verbeterd, maar er zullen meer geavanceerde modellen nodig zijn.
Pad voor toekomstige studies
De methode maakt de weg vrij voor het in kaart brengen van de longitudinale structuur van andere ultrahete Jupiters. De onderzoekers hebben al aanvullende doelen geïdentificeerd met een geschikt temperatuurbereik en rotatiesnelheid om de analyse te herhalen.
De studie werd geleid door Cyril Gapp, een promovendus aan het Max Planck Instituut voor Astronomie in Duitsland, en werd deze woensdag (6/10) gepubliceerd in het tijdschriftNatuur Astronomie.
