Exoplaneten worden donker in het lab

28 november 2018

Astronomen onder leiding van Kaustubh Hakim (API) hebben in laboratoriumexperimenten de koolstofhuishouding van aardeachtige exoplaneten bestudeerd, en hebben ontdekt dat in koolstofrijke planeten niet het koolstofhoudende mineraal siliciumcarbide dominant is, maar dat de koolstof de vorm heeft van grafiet of diamant. Grafiet is een zwart en licht mineraal dat zich zal concentreren aan het oppervlak van deze planeten, waardoor deze als zwarte planeten zullen worden waargenomen met de grote telescopen van de toekomst.

Het onderzoek van Hakim vond plaats in het hogedruklaboratorium van aardwetenschapper Wim van Westrenen aan de Vrije Universiteit. Hun artikel, waarop ook UvA-astronoom Carsten Dominik coauteur is, is verschenen in Astronomy & Astrophysics. 

Astronomen hebben tot nu toe bijna 4000 planeten ontdekt die om andere sterren draaien dan onze zon. Ongeveer een derde van deze exoplaneten is waarschijnlijk rotsachtig van samenstelling, net als de planeten Mercurius, Venus, Aarde en Mars in ons eigen zonnestelsel. Mogelijk hebben deze exoplaneten grote hoeveelheden koolstof in hun binnenste (ter vergelijking: de aarde bestaat voor slechts 0,01 procent uit koolstof maar menselijke lichamen voor 18,5 procent). Deze planeten staan vele lichtjaren van ons vandaan en we kunnen er niet naar toe. 

Met grote telescopen die nu in aanbouw zijn is het over enkele decennia wel mogelijk details in de atmosfeer en aan het oppervlak van de dichtstbijzijnde exoplaneten te bestuderen. In het interdisciplinaire promotieonderzoek van Hakim wordt daarom gekeken naar wat astronomen kunnen verwachten aan bijvoorbeeld oppervlaktedetails en wat dit betekent voor het vinden van leven. 
 

Kaustubh Hakim achter de microscoop

Kaustubh in het lab


In het laboratorium aan de VU heeft Hakim de reactie bestudeerd tussen het koolstofhoudende mineraal siliciumcarbide en een synthetische chemische mix die een koolstofrijke rotsachtige exoplaneet voorstelt. Uit zijn experiment blijkt dat siliciumcarbide alleen stabiel is als alle geoxideerde ijzer in het inwendige van de planeet wordt gereduceerd tot metallisch ijzer. In alle andere omstandigheden vormt koolstof het mineraal grafiet. Hieruit trekken de auteurs de conclusie dat het zeer onwaarschijnlijk is dat siliciumcarbide dominant is in koolstofrijke exoplaneten. In plaats daarvan komen grafiet of diamant voor (onder hoge druk in het binnenste van exoplaneten zal grafiet worden samengeperst tot diamant). 

Als grafiet dominant is in een rotsachtige exoplaneet, zal het oppervlak er ook mee bedekt zijn vanwege de lage dichtheid van grafiet vergeleken met gesteente. Hakim: 'De vraag is of deze grafietplaneten leven kunnen herbergen aangezien voor aarde-achtig leven ook andere elementen dan koolstof nodig zijn.'

Hakim promoveert op 18 december om 14:00 op zijn proefschrift "Diving Deep Into Rocky Exoplanets".

Gepubliceerd door  Anton Pannekoek Institute for Astronomy