Kans op water op exoplaneet K2-18b neemt toe

Met een nieuw ontdekte exoplaneet haal je al een tijdje het nieuws niet meer. Daar zijn de meer dan 4000 bevestigde exemplaren verantwoordelijk voor. Toen het eenmaal duidelijk werd dat het heelal krioelt van de exoplaneten, verschoof de aandacht al snel naar degene die zich in het goudlokjegebied van hun ster bevinden, waar de temperatuur niet te hoog en niet te laag is om vloeibaar water toe te laten. Want uiteindelijk wil je toch vooral weten of er leven is in het heelal. En bij gebrek aan concreet alternatief lijkt de aanwezigheid van vloeibaar water de beste indicator om leven aan te treffen.
Maar daar wringt het schoentje: het is niet omdat de temperatuur in het goudlokjegebied vloeibaar water toelaat, dat er ook effectief water aanwezig is. Maar in combinatie met de aanwijzing dat er zich waterdamp in de atmosfeer van K2-18b bevindt, klonk het meteen al een stuk spannender.

Kritiek

Al wekte de poeha rond K2-18b ook de nodige irritatie op. Laura Kreidberg, als sterrenkundige verbonden aan de Harvard University, vroeg zich in een blog op de webstek van Scientific American af of de concurrentie tussen twee onderzoeksgroepen niet voor een opbod aan straffe claims zorgde, waarbij de wetenschappelijke nuance ondergesneeuwd raakte. In het bijzonder luidde de verwachting van Kreidberg dat K2-18b, qua grootte en dichtheid eerder een Neptunusachtige dan een aarde-achtige exoplaneet, een zo zware en uitgebreide atmosfeer moest hebben dat de druk en temperatuur eronder geen vloeibaar water toelaten.

Nieuwe studie

Nikku Madhusudhan en zijn collega’s van de University of Cambridge vroegen zich af wat ze met de huidige waarnemingsgegevens aan de weet kunnen komen over de structuur van K2-18b. Zoals gebruikelijk voor een planeet met een dichtheid tussen die van de aarde en Neptunus, ging het onderzoeksteam in het algemeen uit van een planeetstructuur met vier lagen: een kern met eerst een laag van ijzer en daarrond een rotsachtige laag, vervolgens een laag met water en tot slot een gasvormige atmosfeer met voornamelijk waterstof en helium.
Door de atmosferische eigenschappen van K2-18b te combineren met de massa en straal van dit hemellichaam, krijg je dan beperkingen op deze structuur. Nu staat het onderzoek naar de samenstelling van de atmosfeer van een exoplaneet weliswaar nog in de kinderschoenen. Maar het onderzoeksteam van Madhusudhan kon er toch informatie over vergaren door gegevens van de ruimtetelescopen Kepler, Spitzer en Hubble Space Telescope bijeen te harken.

Resultaten

Een belangrijke bevinding van Madhusudhan luidt dat je in tegenstelling tot Kreidbergs verwachting geen substantiële enveloppe van waterstof en helium nodig hebt om de dichtheid van K2-18b te verklaren. De massa van deze enveloppe zou ergens fluctueren tussen verwaarloosbaar weinig tot 6% van de totale massa van de exoplaneet. 
Verder blijken verschillende scenario’s compatibel met de eigenschappen van K2-18b. Interessant daarbij is dat K2-18b in één van die toegelaten scenario’s een waterplaneet is, met een temperatuur van rond de 300 K (ca. 27°C), met een druk tussen 1 en 10 bar.

Diverse scenario’s zijn compatibel met de uit metingen afgeleide eigenschappen van K2- 18b, waaronder een waterplaneet.

De onderzoekers vonden tevens opmerkelijk minder CH4 en NH3 in de atmosfeer dan verwacht. Dit wijst op chemisch onevenwicht. Biochemische processen kunnen tot een dergelijk onevenwicht leiden, al zijn er zeker ook andere, minder spectaculaire oorzaken.

Wat betekent dit?

De ontdekking is in twee opzichten relevant. In de eerste plaats bevestigt ze dat K2-18b een topkandidaat is om nauwkeuriger te bestuderen met de volgende generatie ruimtetelescopen die veel gedetailleerdere informatie zullen opleveren over de samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten. Behoudens nieuw uitstel zou de James Webb Space Telescope in 2021 gelanceerd moeten worden.
Maar belangrijker nog is dat we onze zoektocht naar waterplaneten niet hoeven te beperken tot aarde-achtige exemplaren. Dat vergroot niet alleen de groep van mogelijk levensvatbare exoplaneten, het maakt de zoektocht er ook makkelijker op, aangezien grotere exoplaneten beter te bestuderen vallen.