Stenet, En exoplanet på størrelse med jorden mangler en atmosfære

Astronomer ved MIT, Harvard Universitet, og andre steder har søgt en sten, Jord-størrelse exoplanet for tegn på en atmosfære - og fandt ingen.

Atmosfærer er tidligere blevet opdaget på planeter, der er meget større end vores egen, inklusive flere hot-Jupiters og sub-Neptunes, som alle primært er lavet af is og gas. Men det er første gang, videnskabsmænd har været i stand til at slå fast, om en jord-størrelse, terrestrisk planet uden for vores solsystem har en atmosfære.

Den pågældende planet, LHS 3844b, blev opdaget i 2018 af NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, og blev målt til at være omkring 1,3 gange større end Jorden. Planeten glider rundt om sin stjerne på kun 11 timer, hvilket gør den til en af ​​de hurtigst kredsende exoplaneter kendt. Selve stjernen er en lille, sej M-dværg, der opholder sig kun 49 lysår fra Jorden.

I et papir offentliggjort i dag i Natur , holdet rapporterer, at LHS 3844b sandsynligvis hverken har en tyk, Venus-lignende atmosfære eller en tynd, Jordlignende atmosfære. I stedet, planeten ligner sandsynligvis mere Merkur - en blæredannelse, bar sten. Hvis der nogensinde har eksisteret en atmosfære, forskerne siger, at stjernens stråling sandsynligvis sprængte den væk tidligt i planetens dannelse.

"Vi fandt dybest set en varm planet uden gasser omkring den, siger medforfatter Daniel Koll, en postdoc i MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og Planetvidenskab. "Det er første gang, vi ved noget i detaljer om atmosfæren på en planet omkring disse M-dværge, som er den mest almindelige type stjerne, gør LHS 3844b til den mest almindelige type klippeplanet i galaksen."

Kunne nogen form for liv nå at få fat i sådan en gold en ødemark? Koll og hans kolleger siger, at det er ekstremt usandsynligt, da manglen på en atmosfære øjeblikkeligt ville fjerne alle organismer på planetens overflade. Men det betyder ikke, at andre terrestriske exoplaneter på samme måde er uden dækning.

"Vi troede aldrig, at denne særlige planet ville være gæstfri for liv, " siger hovedforfatter Laura Kreidberg, en forsker ved Harvard Center for Astrophysics. "Det er mere et spørgsmål om, hvorvidt hele denne kategori af planeter omkring mindre stjerner har atmosfærer eller ej. Og vores teknik er en robust måde at vurdere, om en atmosfære er til stede eller ej."

Ansigter udsat

I 2018, LHS 3844b var blandt den første afgrøde af ekstrasolare verdener bekræftet af TESS, en MIT-udviklet satellit, der overvåger tusindvis af de nærmeste, klareste stjerner, for transitter – periodiske dyk i stjernelys, der kunne signalere en planet, der kredser foran stjernen, midlertidigt blokerer dets lys.

Kreidberg og hendes team markerede LHS 3844b som et ideelt laboratorium, da dens stjerne er lys og nærliggende, og derfor en kilde, som videnskabsmænd kunne studere planeten i detaljer på. Da LHS 3844b er ekstremt tæt på sin stjerne, og dermed utrolig varmt, Kreidberg og Koll ræsonnerede, at den skulle afgive nok varme til at afsløre spor om, hvorvidt den er vært for en atmosfære.

LHS 3844b er en tidevandslåst planet, hvilket betyder, at den har en permanent dagside og natside til sin stjerne, ligesom månen altid viser det samme ansigt til Jorden. Hvis der er en atmosfære, det ville cirkulere varme rundt om hele planeten, og den varme, der udsendes fra både dag- og natsiden, ville være nogenlunde den samme. I mangel af en atmosfære, dagsiden ville være betydeligt varmere end natsiden.

Mens planeten kredser om sin stjerne, en observatør kan se forskellige ansigter på denne planet. Når den kommer ud bag sin stjerne, planetens dagside er blotlagt. Derefter, mens den kredser foran stjernen, planeten drejer for at vise sin natside, før han kommer tilbage for at afsløre sin dagside, før den krydser bag stjernen igen.

Forskerne regnede med, at hvis de kunne måle den varme, der afgives af planetens forskellige ansigter under dens kredsløb, de kunne bestemme temperaturforskellen mellem dagsiden og natsiden, og i sidste ende, om planeten har en atmosfære.

For at teste denne idé, holdet brugte NASAs Spitzer-rumteleskop, et instrument, der måler infrarød stråling, eller varme, og rettede teleskopet mod LHS 3844b i 100 timer, indfanger omkring 10 kredsløb om planeten i alt. De målte varmen afgivet af planetens forskellige ansigter gennem hver bane.

"Dette er blevet gjort meget for planeter tættere på Jupiter i størrelse, men det er allerførste gang, at denne måling nogensinde er blevet foretaget for en jordisk planet omkring en M dværgstjerne, " siger Koll.

"Et sted derude"

Ud fra deres mål, forskerne beregnede, at dagsiden er en toasty 1, 000 kelvin, eller omkring 1, 340 grader Fahrenheit, hvorimod natsiden styrtdykker til så lavt som 0 K, eller -460 F. Den drastiske temperaturforskel indikerer, at planeten ikke har en tyk, Venus-lignende atmosfære, der ville fordele varmen jævnt rundt om hele planeten.

Holdet simulerede forskellige scenarier, der involverede tyndere atmosfærer af forskellige sammensætninger, men de fandt ud af, at ingen producerede en varmefordeling, der matchede deres observationer, indikerer, at planeten heller ikke er vært for en tynd, Jordlignende atmosfære.

Der var et scenarie, hvor en ekstremt tynd atmosfære, ligner Mars, kunne producere planetens drastiske varmeforskel. Imidlertid, holdet fandt, at det var usandsynligt, at en så tynd atmosfære kunne forblive stabil, da stjernens stråling hurtigt ville sprænge eventuelle sporgasser væk, der omgiver planeten.

Forskerne har konkluderet, at LHS 3844b i det væsentlige er en super-hot, bar sten. Men hvilken type sten kunne det være? I et sidste trin, holdet søgte at identificere dens sammensætning ved at måle reflektiviteten af ​​planetens overflade. Som vi ved på jorden, forskellige mineraler reflekterer lyset i forskellige grader - basalt, som er sort, størknet lava, reflekterer meget lidt lys, hvorimod lysere klipper som granit, indeholdende mineraler som kvarts, har en højere reflektionsevne. Holdet målte forholdet mellem stjernens lysstyrke og planetens lysstyrke for at beregne planetens reflektivitet.

"Vi kan se en granitlignende overflade er udelukket af vores data, hvorimod et mørkt materiale som en lavafelt på Hawaii, eller månehoppen, eller som overfladen af ​​Merkur, er i overensstemmelse med vores observationer, " siger Kreidberg.

Mens gruppen konkluderede, er der et fravær af nogen atmosfære - og, derfor, liv – på LHS 3844b, de siger, at dette måske ikke er tilfældet for lignende terrestriske exoplaneter, der kredser om seje M-dværge. De håber at kunne anvende deres teknik på andre stenede exoplaneter, inklusive dem, der er længere væk fra deres stjerner og har en bedre chance for at bevare en atmosfære.

"Atmosfærer hjælper med at beskytte liv og beskytte det mod ultraviolet stråling, " siger Kreidberg. "Jeg ville være begejstret for at opdage en atmosfære på en planet, selvom det er lidt for varmt eller for koldt, fordi det ville fortælle os, Ja, nogle terrestriske exoplaneter kan have atmosfærer, og sandsynligvis et sted derude, der vil være en, der har den rigtige temperatur, der har været i stand til at holde flydende vand."