Wat kleine isotopen ons vertellen over planeten buiten ons zonnestelsel
Planeten in andere zonnestelsels bevatten waardevolle informatie over het ontstaan van planeten en leven. Promovenda Yapeng Zhang heeft hun atmosferen bestudeerd door te kijken naar hun kleinste onderdelen: isotopen. Met haar onderzoek hoopt ze te ontdekken wat ons eigen zonnestelsel uniek maakt.
Door te kijken hoe de dingen ergens anders zijn, leer je vaak ook wat meer over jezelf. Die benadering geldt ook voor de ruimte. Hoewel ons zonnestelsel gigantisch aanvoelt, is het slechts een klein stipje in het enorme heelal. Naar onze buren kijken, kan dus helpen om dingen in perspectief te plaatsen.
De Chinese Yapeng Zhang deed bij de Leidse Sterrewacht onderzoek naar zogeheten exoplaneten. ‘De acht planeten in ons eigen zonnestelsel tonen slechts een glimp van de mogelijkheden van het heelal’, zegt ze. ‘Er zijn miljoenen en miljoenen planeten die rond andere sterren draaien, of soms zelfs rond geen enkele ster.’ Zhang wilde meer weten over deze verre planeten: waar en hoe ze worden gevormd, en wat ze onthullen over ons eigen zonnestelsel.
De VLT, een enorme telescoop in Chili, levert de gegevens
Een manier om deze exoplaneten beter te begrijpen, is door hun isotopen te onderzoeken. Isotopen zijn atomen die verschillen in het aantal neutronen in hun kern. Het lijkt misschien contra-intuïtief om naar de allerkleinste deeltjes te kijken wanneer je planeten op lichtjaren afstand bestudeert. Maar Isotopen bevatten een hoop informatie over wanneer en hoe een planeet is gevormd.
Zhang deed haar onderzoek met gegevens van de Very Large Telescope (VLT). Deze enorme telescoop in Chili was de eerste die een beeld heeft gemaakt van een exoplaneet. Via deze telescoop is het mogelijk om atomen of moleculen in de atmosfeer van een exoplaneet van elkaar te onderscheiden. Dat kan door te observeren hoe ze licht absorberen. Elke soort en isotoop heeft zo zijn eigen manier. ‘We filteren eerst de ruis weg’, zegt Zhang, ‘en halen dan het signaal eruit van de specifieke isotopen die we zoeken.’
Dezelfde techniek als bij onderzoek naar dinosaurusbotten
Interessant is dat onderzoekers dezelfde techniek gebruiken om de historie van dinosaurusbotten te onderzoeken. ‘En in ons eigen zonnestelsel zijn de isotopen van waterstof op de planeten Saturnus en Neptunus heel verschillend’, aldus Zhang.
De eerste exoplaneet werd pas in 1995 gevonden.
Zhang richtte zich op een super-Jupiter, een enorme planeet die vele malen de massa van ‘onze’ Jupiter heeft en vijf keer zo ver van zijn zon verwijderd is. Ook keek ze naar een bruine dwerg, oftewel een ‘mislukte’ ster. Omdat het twee heel verschillende objecten zijn, kon Zhang aan elk ervan isotopenverhoudingen toekennen en zo een kader scheppen voor verder onderzoek. Zo vond zij bijvoorbeeld in de atmosfeer van de super-Jupiter een grotere verhouding van de isotoop koolstof-13 dan verwacht. Voor buitenstaanders klinkt dat misschien abstract, maar wetenschappers als Zhang weten dat dit kan betekenen dat de planeet op grote afstand van zijn moederster is gevormd.
Eerste exoplaneet pas in 1995 ontdekt
Zhangs onderzoek is slechts een eerste stap, maar de ‘isotopenbenadering’ biedt een veelbelovend nieuw perspectief op planeten buiten ons zonnestelsel. ‘Dit is echt een nieuw terrein’, zegt Zhang. De eerste exoplaneet werd pas in 1995 gevonden. ‘En sindsdien hebben we er meer dan 5.000 ontdekt, een aantal dat snel toeneemt.’ De promovenda, die verder gaat met een postdoc, staat te popelen om in nieuwe de gegevens te duiken die van de VLT zijn gekomen en in Leiden geanalyseerd zullen worden. ‘We werken aan een groot onderzoeksprogramma waarbij meerdere promovendi zijn betrokken. Dat is echt heel spannend.’
Yapeng Zhang verdedigt haar proefschrift 'Isotopes and the characterization of extrasolar planets' op 6 juni in Leiden.
Tekst: Samuel Hanegreefs