Ny undersøgelse beskriver atmosfære på varme Neptun 260 lysår væk, som ikke burde eksistere

Et hold ledet af en astronom fra University of Kansas har sammenfattet data fra NASAs TESS- og Spitzer-rumteleskoper for for første gang at portrættere atmosfæren af ​​en meget usædvanlig slags exoplanet kaldet en "varm Neptun".

Resultaterne vedrørende den nyligt fundne planet LTT 9779b blev offentliggjort i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve . Papiret beskriver den allerførste spektrale atmosfæriske karakterisering af enhver planet opdaget af TESS, det første globale temperaturkort over enhver TESS-planet med en atmosfære og en varm Neptun, hvis emissionsspektrum er fundamentalt forskelligt fra de mange større "varme Jupitere", der tidligere er undersøgt.

"For første gang, vi målte lyset fra denne planet, som ikke burde eksistere, " sagde Ian Crossfield, adjunkt i fysik &astronomi ved KU og hovedforfatter på papiret. "Denne planet er så intenst bestrålet af sin stjerne, at dens temperatur er over 3, 000 grader Fahrenheit og dens atmosfære kunne være fordampet fuldstændigt. Endnu, vores Spitzer-observationer viser os dens atmosfære via det infrarøde lys, planeten udsender."

Mens LTT 9779b er ekstraordinær, én ting er sikkert:Folk ville nok ikke kunne lide det der.

"Denne planet har ikke en fast overflade, og det er meget varmere selv end Merkur i vores solsystem – ikke kun ville bly smelte i atmosfæren på denne planet, men det ville platin også, krom og rustfrit stål, " sagde Crossfield. "Et år på denne planet er mindre end 24 timer - det er hvor hurtigt det pisker rundt om sin stjerne. Det er et ret ekstremt system«.

Hot Neptune LTT 9779b blev opdaget sidste år, bliver en af ​​de første planeter på størrelse med Neptun, opdaget af NASA's TESS-planetjagtmission på himmelen. Crossfield og hans medforfattere brugte en teknik kaldet "fasekurve"-analyse til at analysere exoplanetens atmosfæriske sammensætning.

"Vi måler, hvor meget infrarødt lys der blev udsendt af planeten, mens den roterer 360 grader om sin akse, " sagde han. "Infrarødt lys fortæller dig temperaturen af ​​noget, og hvor de varmere og køligere dele af denne planet er - på Jorden, det er ikke varmest ved middagstid; det er varmest et par timer om eftermiddagen. Men på denne planet, det er faktisk varmest lige ved middagstid. Vi ser det meste af det infrarøde lys komme fra den del af planeten, når dens stjerne er lige over hovedet og meget mindre fra andre dele af planeten."

Aflæsninger af planetens temperatur ses som en måde at karakterisere dens atmosfære på.

"Planeten er meget køligere, end vi havde forventet, hvilket tyder på, at det reflekterer meget af det indfaldende stjernelys væk, der rammer det, formodentlig på grund af skyer om dagen, " sagde medforfatter Nicolas Cowan fra Institute for Research on Exoplanets (iREx) og McGill University i Montreal, som hjalp med analyse og fortolkning af de termiske fasekurvemålinger. "Planeten transporterer heller ikke meget varme til sin natside, men vi tror, ​​vi forstår det:Det stjernelys, der absorberes, absorberes sandsynligvis højt i atmosfæren, hvorfra energien hurtigt udstråles tilbage til rummet."

Ifølge Crossfield, resultaterne er blot et første skridt ind i en ny fase af exoplanetarisk udforskning, da studiet af exoplanetatmosfærer støt bevæger sig mod mindre og mindre planeter.

"Jeg vil ikke sige, at vi forstår alt om denne planet nu, men vi har målt nok til at vide, at dette vil være et virkelig frugtbart objekt for fremtidig undersøgelse, " sagde han. "Den er allerede målrettet for observationer med James Webb Space Telescope, som er NASA's næste store flagskibs-rumteleskop på flere milliarder dollar, der skal op om et par år. Hvad vores målinger indtil videre viser os, er det, vi kalder de spektrale absorptionstræk - og dets spektrum indikerer kulilte og/eller kuldioxid i atmosfæren. Vi begynder at få styr på, hvilke molekyler dens atmosfære består af. Fordi vi ser dette, og på grund af hvordan dette globale temperaturkort ser ud, det fortæller os også noget om, hvordan vindene cirkulerer energi og materiale rundt gennem atmosfæren på denne minigasplanet."

Crossfield forklarede den ekstreme sjældenhed af Neptun-lignende verdener fundet tæt på deres værtsstjerner, et område, der typisk er så blottet for planeter, kalder astronomer det "den varme Neptun-ørken".

"Vi tror, ​​det skyldes, at varme Neptuner ikke er massive nok til at undgå betydelig atmosfærisk fordampning og massetab, " sagde han. "Så, de fleste nærliggende varme exoplaneter er enten de massive varme Jupiters eller klippeplaneter, der for længst har mistet de fleste af deres atmosfærer."

Et ledsagende papir til denne forskning ledet af Diana Dragomir, University of New Mexico assisterende professor i fysik og astronomi, undersøger expoplanetens atmosfæriske sammensætning via sekundære formørkelsesobservationer med Spitzer Infrared Array Camera (IRAC) af den varme Neptun.

Selvom LTT 9779b ikke er egnet til kolonisering af mennesker eller nogen anden kendt livsform, Crossfield sagde, at en evaluering af dens atmosfære ville finpudse teknikker, som en dag kunne bruges til at finde mere indbydende planeter for livet.

"Hvis nogen vil tro på, hvad astronomer siger om at finde tegn på liv eller ilt på andre verdener, vi bliver nødt til at vise, at vi faktisk kan gøre det rigtigt med de nemme ting først, " sagde han. "På den måde disse større, varmere planeter som LTT 9779b fungerer som træningshjul og viser, at vi faktisk ved, hvad vi laver, og kan få alt rigtigt."

Crossfield sagde, at hans kig ind i atmosfæren på sådan en mærkelig og fjern planet også var værdifuld i sig selv.

"Som en, der studerer disse, der er bare en masse interessant planetarisk videnskab, vi kan gøre for at måle egenskaberne af disse planeter – ligesom folk studerer Jupiters atmosfærer, Saturn og Venus - selvom vi ikke tror, ​​de vil være vært for livet, " sagde han. "De er stadig interessante, og vi kan lære om, hvordan disse planeter blev dannet og den bredere kontekst af planetsystemer."

Crossfield sagde, at der er meget arbejde tilbage for bedre at forstå LTT 9779b og lignende hotte Neptuner, der endnu ikke er opdaget. (Et ledsagende papir om LTT 9779bs atmosfæriske sammensætning via analyse af dets sekundære formørkelses-"spektrum" udgives sideløbende, som Crossfield var med til at skrive.)

"Vi vil fortsætte med at observere det med andre teleskoper, så vi kan besvare flere spørgsmål, " sagde han. "Hvordan er denne planet i stand til at bevare sin atmosfære? Hvordan opstod det i første omgang? Var det oprindeligt større, men har mistet en del af sin oprindelige atmosfære? Hvis så, hvorfor er dens atmosfære så ikke bare en nedskaleret version af atmosfæren på ultravarme større exoplaneter? Og hvad lurer der ellers i dens atmosfære?"

Nogle af KU-forskerens medforfattere på papiret planlægger også at fortsætte undersøgelsen af ​​den usandsynlige exoplanet.

"Vi opdagede kulilte i atmosfæren, og at den permanente dagside er meget varm, mens meget lidt varme transporteres til natsiden, " sagde Björn Benneke fra iREx og Université de Montréal. "Begge resultater får LTT 9779b til at sige, at der er et meget stærkt signal at observere, hvilket gør planeten til et meget spændende mål for fremtidig detaljeret karakterisering med JWST. Vi planlægger nu også meget mere detaljerede fasekurveobservationer med NIRISS på JWST."