De exoplaneet WASP-43b is qua grootte en massa vergelijkbaar met Jupiter, maar het is een heel ander soort wereld. De planeet draait extreem dicht om zijn ster (27 keer dichter dan de afstand Mercurius-zon). De planeet is in de greep van zijn ster. Dat zorgt ervoor dat het op de ene kant permanent dag is en op de andere kant permanent nacht. Een jaar op de planeet, dus de tijd waarin de planeet een keer rond de ster draait, duurt slechts ongeveer 19,5 uur.

Temperatuurkaart
Dankzij de scherpe blik en de goede stabiliteit van het MIRI-instrument op de James Webb-ruimtetelescoop konden de onderzoekers de helderheid van de ster en de planeet gedurende een heel planeetjaar vastleggen. Zo konden ze de zeer zwakke emissie van de planeet opvangen. Vervolgens maakten ze een temperatuurkaart van de planeetatmosfeer.

De permanent verlichte dagzijde van WASP-43b blijkt met 1.250 graden Celsius verzengend heet. De nachtzijde tikt nog altijd 600 graden aan, maar dat is koeler dan verwacht. De astronomen verklaren dit door de aanwezigheid van wolken die straling van dieper in de atmosfeer tegenhouden.

Overal waterdamp
De astronomen hebben, naast de temperatuur, ook de chemische samenstelling van de planeetatmosfeer gemeten. Er blijkt zowel aan de dagkant als aan de nachtkant waterdamp in de atmosfeer aanwezig. In eerdere waarnemingen met ruimtetelescoop Hubble werd al water aan de dagzijde van de planeet gevonden, maar de nachtzijde was te donker voor Hubble.

Geen methaan aan nachtzijde
Verder werd het team verrast omdat er, tegen de verwachting in, geen methaan aan de nachtzijde van de planeet aanwezig bleek. Van de dagkant was al bekend dat er geen methaan zou kunnen voorkomen, omdat het daar te heet is. De nachtzijde is met 600 graden echter in theorie koel genoeg voor de productie van methaan. De onderzoekers denken dat er extreme winden met snelheden tot 7.500 kilometer per uur over de planeet razen. Die zorgen ervoor dat er niet genoeg tijd is om detecteerbare hoeveelheden methaan te vormen.

Het is voor het eerst dat onderzoekers zo duidelijk de temperatuur en samenstelling van de atmosfeer van een exoplaneet in kaart hebben gebracht. In de toekomst willen ze dat met meer exoplaneten doen. Uiteindelijk hopen ze met nog te bouwen telescopen de atmosferen te bestuderen van exoplaneten die meer op die van de aarde lijken.

Breder zicht
'Het is verbazingwekkend dat we nu de koude, donkere kant van exoplaneten kunnen onderzoeken,' zegt coauteur Nicolas Crouzet (Universiteit Leiden). 'Dat geeft ons een veel breder zicht op hun atmosferen en helpt echt te begrijpen wat daar gebeurt. We hebben deze waarneming jarenlang voorbereid en we zijn enthousiast over alles wat we ervan kunnen leren!'

Voor medeauteur Jean-Michel Désert (Universiteit van Amsterdam) markeert het onderzoeksartikel een hoogtepunt van verwachting en verwondering. 'Het is zo'n reis geweest vanaf het moment dat we de fasekromme-observatie ontwierpen tot de adembenemende 3D-kaart van deze planeet.' Volgens Désert is het bestuderen van fasekrommen in het midden-infrarood een toegangspoort tot een beter begrip van het energiebudget van exoplaneten, een fundamenteel criterium voor atmosferen. 'Dus naar mijn mening betekent deze waarneming een nieuw tijdperk in onze verkenning van exoplaneetatmosferen,' besluit Désert.

Wetenschappelijk artikel
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b. Door: Taylor J. Bell, Nicolas Crouzet, et al. In: Nature Astronomy, 30 april 2024. [origineel | preprint]