Astronomen ontdekken nieuw type gesmolten zwavelwereld

Uit waarnemingen van de James Webb Space Telescope (JWST) blijkt dat exoplaneet L 98-59 d een opmerkelijk lage dichtheid heeft en een atmosfeer met zwavelmoleculen. Simulaties van wetenschappers van onder andere de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) laten nu zien dat de planeet met ongeveer 1,6 keer de massa en diameter van de aarde een permanente magmaoceaan heeft met een grote hoeveelheid zwavel. De exoplaneet past niet in bestaande theorieën over het ontstaan en de evolutie van ‘superaardes’ en vormt mogelijk het eerste exemplaar van een nieuwe categorie exoplaneten. Het onderzoek is op 16 maart gepubliceerd in Nature Astronomy.

FSE Science Newsroom | Tekst NOVA

Om de eigenschappen van de planeet te kunnen verklaren, simuleerden de wetenschappers de ontwikkeling van L 98-59 d vanaf het moment van zijn ontstaan, zo'n vijf miljard jaar geleden. Hun computermodel – PROTEUS – berekende de interacties tussen het diepe binnenste van de planeet en zijn atmosfeer gedurende miljarden jaren. De simulaties hielden rekening met de intense ultraviolette straling van de nabije ster en met de interne chemische en fysische evolutie van de planeet. Een samenspel van deze processen vormde de planeet zoals hij nu is.

De simulaties, in combinatie met waarnemingen, laten zien dat het oppervlak van L 98-59 d extreem heet is en bedekt is met een wereldwijde oceaan van magma waarin grote hoeveelheden zwavel zijn opgeslagen. De JWST heeft waterstofsulfide en zwaveldioxide hoog in de atmosfeer van de planeet gedetecteerd, voor het eerst bij een planeet van deze omvang. Dit is recent bevestigd door telescopen op aarde. Volgens de wetenschappers is deze zwavel uit de magmaoceaan ontsnapt en onder invloed van ultraviolette straling in de atmosfeer omgezet in zwaveldioxide.

Nieuwe categorie exoplaneten

Exoplaneten met een diameter tussen 1,5 en 4 keer die van de aarde vielen tot nu toe in grofweg twee categorieën. Het zijn ofwel rotsachtige planeten met een waterstofrijke atmosfeer (‘gasdwergen’), of ze beschikken over een ‘stoomatmosfeer’ en een grote hoeveelheid water in hun binnenste (‘waterwerelden’). Op basis van de samenstelling en dichtheid van de atmosfeer lijkt L 98-59 d in geen van beide categorieën te passen.

De wetenschappers concluderen dat ze de eerste planeet hebben gekarakteriseerd van een nieuwe klasse superaardes. Deze moet zich op een fundamenteel andere manier hebben gevormd en ontwikkeld dan de gasdwergen en waterwerelden. “De metingen en simulaties van L 98-59 d tonen aan dat de superaardes – de meest voorkomende soort exoplaneten – waarschijnlijk veel diverser zijn dan eerder werd aangenomen”, zegt Tim Lichtenberg, universitair docent aan het Kapteyn Instituut van de Rijksuniversiteit Groningen en medeauteur van het wetenschappelijke artikel.

Planeet L 98-59 d werd in 2019 ontdekt bij de dwergster L 98-59, die zover bekend vijf planeten heeft. Het planetenstelsel bevindt zich op iets minder dan 35 lichtjaar van het zonnestelsel in het sterrenbeeld Zuidervis. Gezien de afstand is het onmogelijk om deze exoplaneten te bezoeken. Astronomen moeten vertrouwen op waarnemingen – in dit geval door JWST en de Very Large Telescope in Chili.

Gesmolten zwavelwereld

“Dit soort observaties levert informatie op over globale eigenschappen, zoals de grootte en massa van de planeet en de samenstelling van de atmosfeer”, zegt Lichtenberg. “Door de ontwikkeling van realistische computermodellen kunnen we nu inzicht krijgen in het binnenste van exoplaneten, de ontstaansgeschiedenis en de evolutie van hun klimaat.”

De astronomen willen hun simulaties nu toepassen op waarnemingen van andere exoplaneten. “Met ons simulatiemodel PROTEUS kunnen we de ontstaansgeschiedenis van veel meer planeten met verschillende samenstellingen en klimaatgeschiedenissen bepalen”, zegt Lichtenberg. “Dat levert informatie op over het oppervlak van deze werelden en of ze in theorie geschikt zijn voor leven zoals we dat kennen.” Vanwege het gesmolten oppervlak lijkt de kans op buitenaards leven op L 98-59 d klein.

“Ons onderzoek naar deze gesmolten zwavelwereld laat zien dat we in een nieuw tijdperk in de planetaire wetenschap zitten. We ontdekken nieuwe families van planeten die ons begrip van de planetaire evolutie op zijn kop zetten”, concludeert Harrison Nicholls, eerste auteur van de studie. Hij werkt als postdoc aan de Universiteit van Cambridge (VK).

JWST levert momenteel een schat aan nieuwe informatie over exoplaneten, die de komende jaren verder wordt aangevuld door de Extremely Large Telescope op aarde en de ruimtemissies Ariel en PLATO. Dit kan meer nieuwe soorten exoplaneten opleveren, waarvan het binnenste en het klimaat op deze manier onderzocht worden. 

Referentie: Harrison Nicholls, Tim Lichtenberg, Richard D. Chatterjee, Claire Marie Guimond, Emma Postolec & Raymond T. Pierrehumbert: Volatile-rich evolution of molten super-Earth L 98-59 d. Nature Astronomy, 16 maart 2026