NASA-TELESKOPER AFSLøRER ATMOSFæREN I EN UNDERLIG HYBRIDOPOPLANET

Send

Derude i rummet er et usædvanligt exoplanet navn Gliese 3470 b (GJ 3470 b.) Det er en mærkelig verden, slags som en hybrid mellem Jorden og Neptun. Det har en stenet kerne som Jorden, men er omgivet af en atmosfære lavet af brint og helium. Denne kombination er i modsætning til noget andet i vores eget solsystem.

Planeten kredser rundt om en rød dværgstjerne kaldet Gliese 3470 i stjernebilledet Kræft. GJ 3470 b er omkring 12,6 jordmasser, hvilket betyder, at det er omtrent halvvejs mellem Jorden og Neptun i masse. (Neptun er omkring 17 jordmasser.)

Takket være Kepler-missionen ved vi, at der er mange eksoplaneter i dette masserekkevidde. Det er muligt, at op til 80% af planeterne falder inden for dette interval, selvom fremtidige eksoplanetmissioner uden tvivl vil klarlægge det. Indtil nu har astronomer ikke set et godt kig på atmosfæren på en af disse planeter, og derfor er deres dannelse lidt af et mysterium.

Hubble- og Spitzer-rumteleskoperne har slået sig sammen for at se nærmere på atmosfæren i GJ 3470 b, og det er første gang, at astronomer har været i stand til at identificere det kemiske fingeraftryk i atmosfæren på en planet som denne. Hvad de fandt, er, at planeten har en næsten uberørt, primordial atmosfære af brint og helium, uden at der er nogen tungere elementer til stede.

Og det præsenterer lidt af et mysterium.

"Vi har ikke noget lignende i solsystemet, og det er det, der gør det slående."
Björn Benneke fra University of Montreal i Canada

Half Star, Half Planet?

GJ 3470 b med sin atmosfære af brint og helium ligner mere på en stjerne end en planet på nogle måder. Vores egen sol er 73% brint, og resten er næsten alt helium. Kun en lille del af solen er tungere elementer som ilt, neon, jern og kulstof. Gasgiganterne Jupiter og Saturn er for det meste brint og helium, men de indeholder også andre forbindelser som metan og ammoniak såvel som tungere elementer. Disse forbindelser er næsten fraværende i GJ 3470 b.

”Dette er en stor opdagelse fra planetdannelsesperspektivet. Planeten kredser meget tæt på stjernen og er langt mindre massiv end Jupiter - 318 gange Jordens masse - men har formået at hæve den primære brint / helium-atmosfære, der stort set er 'uforurenet' af tungere elementer, «sagde Björn Benneke fra University of Montreal i Canada, i en NASA-pressemeddelelse. "Vi har ikke noget lignende i solsystemet, og det er det, der gør det slående."

Astronomerne bag dette arbejde kombinerede begge rumteleskopers multi-bølgelængdeegenskaber for at få et godt kig på GJ 3470 b's atmosfære. De gjorde det ved at måle absorptionen af stjernelys, da eksoplaneten transiterede foran dens værtsstjerne. De målte også tabet af reflekteret lys, da eksoplaneten passerede bag stjernen. I alt observerede paret rumteleskoper 12 transitter og 20 formørkelser.

Astronomer bruger spektroskopi til at identificere de kemiske fingeraftryk af brint og helium i atmosfæren, og planetenes atmosfære gjorde alt dette muligt. Det er for det meste klart med meget lidt dis, hvilket betyder, at de var i stand til at se dybt ind i atmosfæren. ”For første gang har vi en spektroskopisk signatur af en sådan verden,” sagde Benneke.

Men den spektroskopi afslørede noget uventet. Astronomerne troede, at de ville finde en lignende kemisk sammensætning som planeten Neptune, med tungere elementer som ilt og kulstof. Men i stedet fandt de en atmosfære, der lignede Solen.

”… Vi fandt en atmosfære, der er så dårlig i tunge elementer, at dens sammensætning ligner solens brint / heliumrige sammensætning.”
BJÖRN BENNEKE FRA UNIVERSITETET I MONTREAL I CANADA

”Vi forventede en atmosfære, der var stærkt beriget med tungere elementer som ilt og kulstof, der danner rigelig vanddamp og metangas, svarende til det, vi ser på Neptune,” sagde Benneke. ”I stedet fandt vi en atmosfære, der er så dårlig i tunge elementer, at dens sammensætning ligner solens brint / heliumrige sammensætning.”

Piecing It Together

Nu, hvor astronomer har fået et godt greb på exoplanetets atmosfære takket være Hubbles og Spitzer-rumteleskopets kombinerede magt, kan de begynde at forstå, hvordan denne oddball-planet kan have dannet sig.

GJ 3470 b er i skarp kontrast til andre exoplaneter. Astronomer tror, at andre exoplaneter, for eksempel Hot Jupiters, dannes i stor afstand fra deres Sol og derefter migrerer indad. Men astronomer mener, at denne exoplanet dannede sig meget tæt på sin røde dværgstjerne, tæt på hvor den er placeret i dag.

Den dannede sandsynligvis som en lille stenet genstand først, bundet i midten af den protoplanetære skive, omtrent på samme tid som stjernen dannede. Det ville have samlet eller tiltrådt sin atmosfære ud af det samme oprindelige materiale på disken, som stjernen dannede ud fra. Og det ville forklare dens hydrogen / helium-atmosfære, og hvorfor den mangler tungere elementer.

”Dette er en stor opdagelse fra planetdannelsesperspektivet.”
BJÖRN BENNEKE FRA UNIVERSITETET I MONTREAL I CANADA

”Vi ser et objekt, der var i stand til at hæve brint fra den protoplanetære disk, men ikke løb væk for at blive en varm Jupiter,” sagde Benneke. ”Dette er et spændende regime.”

Det, der måske er sket, er, at det stadig hævede materiale fra disken, men stjernen voksede hurtigere, og disken spredte sig. Dette forhindrede GJ 3470 b i at vokse sig større og blive mere som gasgiganterne i vores solsystem med tungere elementer i deres atmosfære.

For øjeblikket er det her vores forståelse af denne spændende, ulige ballesexoplanet står. Men når James Webb-rumteleskopet (JWST) er i gang, fortæller det os mere.

JWST er et kraftfuldt rumteleskop, der kan se ind i den infrarøde med en hidtil uset følsomhed. Det vil være i stand til at undersøge atmosfæren i GJ 3470 b og andre exoplaneter og afsløre ting, som endnu ikke er set. Især vil den observere i bølgelængder, der gør tilslørende tåge næsten gennemsigtig.

Derefter vil vores forståelse af alle exoplaneter, ikke kun denne, vokse i store spring.