KELT-9 b är den hetaste exoplaneten hittills känt. Sommaren 2018 ett gemensamt team av astronomer från universiteten i Bern och Genève hittade signaturer av gasformigt järn och titan i sin atmosfär. Nu har dessa forskare också kunnat upptäcka spår av förångat natrium, magnesium, krom, och de sällsynta jordartsmetallerna skandium och yttrium.

Exoplaneter är planeter utanför vårt solsystem som kretsar runt andra stjärnor än solen. Sedan upptäckten av de första exoplaneterna i mitten av 90-talet, långt över 3000 exoplaneter har upptäckts. Många av dessa planeter är extrema jämfört med planeterna i vårt solsystem:Heta gasjättar som kretsar otroligt nära sina värdstjärnor, ibland inom perioder på mindre än några dagar. Sådana planeter finns inte i vårt solsystem, och deras existens har trotsat förutsägelser om hur och varför planeter bildas. Under de senaste 20 åren, astronomer från hela världen har arbetat för att förstå var dessa planeter kommer ifrån, vad de är gjorda av, och hur deras klimat är.

En extremt het gasjätte

KELT-9 är en stjärna som ligger 650 ljusår från jorden i stjärnbilden Cygnus. Dess exoplanet KELT-9 b exemplifierar den mest extrema av dessa så kallade heta Jupiters eftersom den kretsar mycket nära sin stjärna som är nästan dubbelt så varm som solen. Därför, dess atmosfär når temperaturer på cirka 4000 °C. I sådan värme, alla grundämnen är nästan helt förångade och molekyler bryts isär till sina ingående atomer – ungefär som fallet är i de yttre lagren av stjärnor. Det betyder att atmosfären inte innehåller några moln eller aerosoler och att himlen är klar, mestadels genomskinlig för ljus från dess stjärna.

Atomerna som utgör gasen i atmosfären absorberar ljus i mycket specifika färger i spektrumet, och varje atom har ett unikt "fingeravtryck" av färger som den absorberar. Dessa fingeravtryck kan mätas med en känslig spektrograf monterad på ett stort teleskop, gör det möjligt för astronomer att urskilja den kemiska sammansättningen av atmosfärerna på planeter som är många ljusår bort.

Exoplaneten som en skattkammare

Ett team av forskare från universiteten i Bern och Genève samarbetade för att använda denna teknik, och gjorde en intressant upptäckt:"Med hjälp av HARPS-North-spektrografen på det italienska nationella teleskopet på ön La Palma, vi hittade järn- och titanatomer i den heta atmosfären av KELT-9 b, " förklarar Kevin Heng, Direktör och professor vid Centre for Space and Habitabilty (CSH) vid universitetet i Bern och medlem av National Centre of Competence in Research PlanetS. Teamet observerade KELT-9-systemet för andra gången förra sommaren, med målet att bekräfta deras tidigare upptäckter, men också att fortsätta att söka efter ytterligare element som också kan finnas i data. Deras undersökning omfattade 73 atomer, bland vilka några så kallade sällsynta jordartsmetaller. Dessa ämnen är mindre vanliga på jorden, men används i avancerade material och anordningar. Jens Hoeijmakers, som är första författare till studien som nu publiceras i tidskriften Astronomi &Astrofysik och som är postdoc vid CSH i Bern och vid Geneva Observatory, säger:"Vårt team förutspådde att spektrumet av denna planet mycket väl skulle kunna vara en skattkammare där en mängd arter kan upptäckas som inte har observerats i atmosfären på någon annan planet tidigare."

Efter noggrann analys, forskarna hittade verkligen starka signaler om förångat natrium, magnesium, krom och de sällsynta jordartsmetallerna skandium och yttrium i planetens spektrum. De tre sistnämnda av dessa har aldrig detekterats robust i atmosfären på en exoplanet tidigare. "Teamet avancerade också sin tolkning av dessa data, och kunde använda dessa signaler för att uppskatta vid vilken höjd i planetens atmosfär dessa atomer absorberar, säger Jens Hoeijmakers. Dessutom, forskarna vet också mer om starka globala vindmönster högt upp i atmosfären som blåser materialet från den ena halvklotet till den andra.

"Med ytterligare observationer, många fler element kan mycket väl upptäckas genom att använda samma teknik i atmosfären på denna planet i framtiden, och kanske även på andra planeter som värms upp till liknande höga temperaturer, " förklarar Jens Hoeijmakers. Kevin Heng tillägger:"chanserna är goda att vi en dag hittar så kallade biosignaturer, dvs tecken på liv, på en exoplanet, använder samma teknik som vi använder idag. I sista hand, vi vill använda vår forskning för att förstå solsystemets ursprung och utveckling såväl som livets ursprung."