Το τηλεσκόπιο Webb εντοπίζει μια «αδύνατη» ατμόσφαιρα σε μια αρχαία υπεργή

Snapshot

• Το τηλεσκόπιο James Webb εντόπισε ατμόσφαιρα γύρω από τον πλανήτη TOI
• 561 b, παρά τις ακραίες θερμοκρασίες και τη στενή τροχιά του κοντά στο άστρο του.
• Ο TOI
• 561 b έχει περίπου διπλάσια μάζα από τη Γη και ολοκληρώνει μια τροχιά σε μόλις 10,56 ώρες, με μια πλευρά μόνιμα εκτεθειμένη στο άστρο του.
• Η ατμόσφαιρα του πλανήτη πιθανώς περιέχει πτητικά αέρια που ανακυκλώνονται με έναν ωκεανό μάγματος στην επιφάνειά του, εξηγώντας τη χαμηλότερη θερμοκρασία και πυκνότητα από τις προβλέψεις.
• Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι ισχυροί άνεμοι μεταφέρουν θερμότητα στην νυχτερινή πλευρά, ενώ πιθανόν υπάρχουν πυριτικά νέφη που ψύχουν την ατμόσφαιρα αντανακλώντας φως.

Snapshot powered by AI

Ένας υπερβολικά θερμός πλανήτης που περιστρέφεται γύρω από το άστρο του σε μόλις 10 ώρες φαίνεται να έχει μια εκπληκτικά πυκνή ατμόσφαιρα, παρά τις συνθήκες που θα έπρεπε να την απομακρύνουν.

Με βάση έρευνα που δημοσιεύθηκε στο sciencedaily.com, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να είναι ένας πλούσιος σε πτητικές ουσίες «υγρός κόσμος λάβας» με έναν ωκεανό μάγματος που τροφοδοτεί και ανακυκλώνει τα αέριά του.

Μια ομάδα αστρονόμων από το Carnegie Institution for Science, αποκάλυψε τα πιο ξεκάθαρα στοιχεία μέχρι στιγμής: ότι ένας βραχώδης πλανήτης έξω από το ηλιακό μας σύστημα έχει ατμόσφαιρα. Χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) της NASA, οι ερευνητές εντόπισαν σημάδια αερίου που περιβάλλουν έναν ασυνήθιστο στόχο: μια αρχαία, εξαιρετικά καυτή υπερΓη που πιθανότατα έχει επιφάνεια καλυμμένη από λιωμένο βράχο. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο The Astrophysical Journal Letters.

Τι γνωρίζουμε για τον πλανήτη TOI-561 b

Ο πλανήτης, γνωστός ως TOI-561 b, έχει περίπου διπλάσια μάζα από τη Γη, αλλά είναι δραματικά διαφορετικός σχεδόν από κάθε άλλο τρόπο. Περιστρέφεται εξαιρετικά κοντά στο άστρο του, σε απόσταση μόλις το ένα τεσσαρακοστό αυτής του Ερμή από τον Ήλιο. Παρόλο που το άστρο του είναι ελαφρώς μικρότερο και πιο δροσερό από τον Ήλιο μας, η στενή τροχιά του πλανήτη σημαίνει ότι ολοκληρώνει ένα πλήρες έτος σε μόλις 10,56 ώρες. Η μία πλευρά του είναι συνεχώς στραμμένη προς το άστρο, αφήνοντάς το κλειδωμένο σε μόνιμο φως ημέρας.

«Με βάση αυτά που γνωρίζουμε για άλλα συστήματα, οι αστρονόμοι θα είχαν προβλέψει ότι ένας πλανήτης σαν αυτόν είναι πολύ μικρός και ζεστός για να διατηρήσει τη δική του ατμόσφαιρα για πολύ καιρό μετά τον σχηματισμό», εξήγησε η Nicole Wallack, μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Carnegie Science, δεύτερη συγγραφέας της εργασίας. «Αλλά οι παρατηρήσεις μας υποδηλώνουν ότι περιβάλλεται από ένα σχετικά παχύ στρώμα αερίου, ανατρέποντας τη συμβατική άποψη για τους πλανήτες εξαιρετικά βραχείας περιόδου».

Στο ηλιακό μας σύστημα, οι πλανήτες που είναι μικροί και έντονα θερμαινόμενοι τείνουν να χάνουν τα αρχικά τους περιβλήματα αερίου νωρίς στην ιστορία τους. Ωστόσο, ο TOI-561 b περιστρέφεται γύρω από ένα πολύ παλαιότερο άστρο από τον Ήλιο, και παρά τις σκληρές συνθήκες του, φαίνεται να έχει διατηρήσει την ατμόσφαιρά του.

Η ασυνήθιστη σύνθεση

Η πιθανή παρουσία ατμόσφαιρας μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση ενός άλλου γρίφου: της χαμηλότερης από την αναμενόμενη πυκνότητας του πλανήτη.

«Δεν είναι αυτό που ονομάζουμε υπερ-φουσκωμένο πλανήτη -ή «μαλλί της γριάς»- αλλά είναι λιγότερο πυκνός από ό,τι θα περίμενε κανείς αν είχε μια σύνθεση παρόμοια με τη Γη», δήλωσε η αστρονόμος του Carnegie Science, Johanna Teske, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Πριν αναλύσει τα νέα δεδομένα, η ομάδα εξέτασε αν η δομή του πλανήτη από μόνη της θα μπορούσε να το εξηγήσει αυτό. Μια ιδέα ήταν ότι ο TOI-561 b μπορεί να έχει μικρότερο πυρήνα σιδήρου και μανδύα από ελαφρύτερο βράχο σε σύγκριση με τη Γη.

Η Teske πρόσθεσε ότι αυτή η ιδέα ταιριάζει με την προέλευση του πλανήτη: «Ο TOI-561 b διακρίνεται μεταξύ των εξαιρετικά βραχείας περιόδου πλανητών, καθώς περιστρέφεται γύρω από ένα πολύ παλιό -διπλάσιο σε ηλικία από τον Ήλιο- αστέρι φτωχό σε σίδηρο σε μια περιοχή του Γαλαξία γνωστή ως ο παχύς δίσκος. Πρέπει να σχηματίστηκε σε ένα πολύ διαφορετικό χημικό περιβάλλον από τους πλανήτες στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα».

Αυτό υποδηλώνει ότι ο πλανήτης θα μπορούσε να μοιάζει με κόσμους που σχηματίστηκαν όταν το σύμπαν ήταν πολύ νεότερο. Ωστόσο, η σύνθεση από μόνη της δεν εξηγεί πλήρως τις παρατηρήσεις.

Δεδομένα θερμοκρασίας

Η ερευνητική ομάδα πρότεινε επίσης ότι μια πυκνή ατμόσφαιρα θα μπορούσε να κάνει τον πλανήτη να φαίνεται μεγαλύτερος και επομένως λιγότερο πυκνός. Για να το διερευνήσουν αυτό, χρησιμοποίησαν τον Φασματογράφο Εγγύς Υπερύθρου (NIRSpec) του JWST για να μετρήσουν τη θερμοκρασία της ημερήσιας πλευράς του πλανήτη παρατηρώντας τη φωτεινότητά του στο εγγύς υπέρυθρο φως. Αυτή η μέθοδος παρακολουθεί πώς αλλάζει το φως του συστήματος όταν ο πλανήτης κινείται πίσω από το άστρο του.

Εάν ο TOI-561 b δεν είχε ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία της ημερήσιας πλευράς του θα έπρεπε να φτάσει σχεδόν τους 4.900 βαθμούς Φαρενάιτ (2.700 βαθμούς Κελσίου). Αντ' αυτού, οι μετρήσεις έδειξαν χαμηλότερη θερμοκρασία περίπου 3.200 βαθμών Φαρενάιτ (1.800 βαθμούς Κελσίου). Ενώ εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά ζεστός, αυτή η διαφορά υποδηλώνει έντονα ότι η θερμότητα αναδιανέμεται σε όλο τον πλανήτη.

Για να λάβουν υπόψη τη χαμηλότερη θερμοκρασία, οι επιστήμονες διερεύνησαν διάφορες πιθανότητες. Ένας λιωμένος επιφανειακός ωκεανός θα μπορούσε να μετακινήσει κάποια θερμότητα, αλλά χωρίς ατμόσφαιρα, η νυχτερινή πλευρά πιθανότατα θα παρέμενε συμπαγής, περιορίζοντας τη μεταφορά θερμότητας. Ένα λεπτό στρώμα ατμοποιημένου βράχου θα μπορούσε επίσης να υπάρχει, αν και δεν θα παρείχε αρκετή ψύξη από μόνο του.

«Χρειαζόμαστε πραγματικά μια παχιά ατμόσφαιρα πλούσια σε πτητικά για να εξηγήσουμε όλες τις παρατηρήσεις», δήλωσε η συν-συγγραφέας Anjali Piette, του Πανεπιστημίου του Μπέρμιγχαμ, Ηνωμένο Βασίλειο. «Οι ισχυροί άνεμοι θα ψύχαιναν την ημερήσια πλευρά μεταφέροντας θερμότητα στην νωχελική πλευρά. Αέρια όπως οι υδρατμοί θα απορροφούσαν ορισμένα μήκη κύματος του εγγύς υπέρυθρου φωτός που εκπέμπεται από την επιφάνεια πριν φτάσουν μέχρι την ατμόσφαιρα. (Ο πλανήτης θα φαινόταν πιο κρύος επειδή το τηλεσκόπιο ανιχνεύει λιγότερο φως.) Είναι επίσης πιθανό να υπάρχουν φωτεινά πυριτικά νέφη που ψύχουν την ατμόσφαιρα αντανακλώντας το φως των αστεριών».

Αν και τα στοιχεία υποδεικνύουν έντονα την ύπαρξη ατμόσφαιρας, εγείρουν ένα σημαντικό ερώτημα. Πώς μπορεί ένας πλανήτης που εκτίθεται σε τόσο έντονη ακτινοβολία να συγκρατήσει αέριο; Κάποιο υλικό πιθανότατα διαφεύγει στο διάστημα, αλλά ίσως όχι τόσο γρήγορα όσο αναμενόταν.

Μια «μπάλα υγρής λάβας» με ατμόσφαιρα ανακύκλωσης

Μια εξήγηση είναι η ισορροπία μεταξύ του τηγμένου εσωτερικού του πλανήτη και της ατμόσφαιράς του.

«Πιστεύουμε ότι υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ του ωκεανού μάγματος και της ατμόσφαιρας. Την ίδια στιγμή που τα αέρια εξέρχονται από τον πλανήτη για να τροφοδοτήσουν την ατμόσφαιρα, ο ωκεανός μάγματος τα απορροφά πίσω στο εσωτερικό», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Tim Lichtenberg από το Πανεπιστήμιο του Groningen στην Ολλανδία. «Αυτός ο πλανήτης πρέπει να είναι πολύ, πολύ πιο πλούσιος σε πτητικά από τη Γη για να εξηγήσει τις παρατηρήσεις. Είναι πραγματικά σαν μια υγρή μπάλα λάβας».

Ο Teske τόνισε ότι η ανακάλυψη εγείρει τόσα ερωτήματα όσα και απαντήσεις: «Αυτό που είναι πραγματικά συναρπαστικό είναι ότι αυτό το νέο σύνολο δεδομένων ανοίγει ακόμη περισσότερα ερωτήματα από όσα απαντά».

Νέα ερωτήματα σχετικά με τους εξωπλανήτες

Αυτά τα αποτελέσματα προέρχονται από το Πρόγραμμα Γενικών Παρατηρητών 3860 του JWST, το οποίο παρακολούθησε το σύστημα για περισσότερες από 37 ώρες καθώς ο πλανήτης ολοκλήρωσε σχεδόν τέσσερις τροχιές. Οι ερευνητές αναλύουν τώρα το πλήρες σύνολο δεδομένων για να χαρτογραφήσουν τα πρότυπα θερμοκρασίας σε ολόκληρο τον πλανήτη και να κατανοήσουν καλύτερα τη σύνθεση της ατμόσφαιρας.

Το έργο συνεχίζει μια μακρά κληρονομιά της εμπλοκής του Carnegie Science με το JWST, που χρονολογείται από την πρώιμη ανάπτυξη του τηλεσκοπίου και εκτείνεται σε πολλαπλούς κύκλους παρατήρησης. Από τότε που το JWST ξεκίνησε τις επιστημονικές του δραστηριότητες, οι ερευνητές του Carnegie έχουν ηγηθεί πολυάριθμων ομάδων που μελετούν εξωπλανήτες, γαλαξίες και άλλα κοσμικά φαινόμενα.

«Αυτές οι ανακαλύψεις που υποστηρίζονται από το JWST αξιοποιούν άμεσα τη μακροχρόνια δύναμή μας στην κατανόηση του πώς τα χαρακτηριστικά των εξωπλανητών διαμορφώνονται από την πλανητική εξέλιξη και τη δυναμική», δήλωσε ο Διευθυντής του Εργαστηρίου Γης και Πλανητών, Michael Walter. «Υπάρχουν περισσότερα συναρπαστικά αποτελέσματα στον ορίζοντα και είμαστε έτοιμοι για ένα νέο κύμα επιστήμης JWST με επικεφαλής τον Carnegie το επόμενο έτος».

Διαβάστε επίσης