Det første kemiske fingeraftryk af exoplaneter afslører deres fjerne fødested

Astronomer har fundet beviser på, at den første exoplanet, der blev identificeret på vej gennem sin stjerne, kunne have migreret til en tæt bane med sin stjerne fra dens oprindelige fødested længere væk.

Analyse af planetens atmosfære foretaget af et hold, herunder University of Warwick-videnskabsmænd, har identificeret det kemiske fingeraftryk af en planet, der er dannet meget længere væk fra sin sol, end den er i øjeblikket. Det bekræfter tidligere tankegang om, at planeten er flyttet til sin nuværende position efter dannelse, kun 7 millioner km fra sin sol eller hvad der svarer til 1/20 af afstanden fra Jorden til vores Sol.

Konklusionerne offentliggøres i dag (7. april) i tidsskriftet Natur af et internationalt hold af astronomer. University of Warwick ledede modelleringen og fortolkningen af ​​resultaterne, som markerer første gang, at så mange som seks molekyler i atmosfæren på en exoplanet er blevet målt for at bestemme dens sammensætning.

Det er også første gang, at astronomer har brugt disse seks molekyler til endeligt at udpege det sted, hvor disse varme, gigantiske planeter dannes takket være sammensætningen af ​​deres atmosfærer.

Med nye, mere kraftfulde teleskoper kommer snart online, deres teknik kunne også bruges til at studere kemien af ​​exoplaneter, der potentielt kunne være vært for liv.

Denne seneste forskning brugte Telescopio Nazionale Galileo i La Palma, Spanien, at erhverve højopløsningsspektre af atmosfæren på exoplaneten HD 209458b, da den passerede foran sin værtsstjerne ved fire separate lejligheder. Lyset fra stjernen ændres, når det passerer gennem planetens atmosfære, og ved at analysere forskellene i det resulterende spektrum kan astronomer bestemme, hvilke kemikalier der er til stede og deres overflod.

For første gang, astronomer var i stand til at påvise hydrogencyanid, metan, ammoniak, acetylen, kulilte og lave mængder vanddamp i atmosfæren i HD 209458b. Den uventede overflod af kulstofbaserede molekyler (hydrogencyanid, metan, acetylen og kulilte) tyder på, at der er omtrent lige så mange kulstofatomer som oxygenatomer i atmosfæren, det dobbelte af det forventede kulstof. Dette tyder på, at planeten fortrinsvis har ophobet gas rig på kulstof under dannelsen, hvilket kun er muligt, hvis den kredsede meget længere ud fra sin stjerne, da den oprindeligt blev dannet, højst sandsynligt i en lignende afstand til Jupiter eller Saturn i vores eget solsystem.

Dr. Siddharth Gandhi fra University of Warwick Department of Physics sagde:"Nøglekemikalierne er kulstofbærende og nitrogenbærende arter. Hvis disse arter er på det niveau, vi har opdaget dem, dette er tegn på en atmosfære, der er beriget med kulstof sammenlignet med oxygen. Vi har brugt disse seks kemiske arter for første gang til at indsnævre, hvor i dens protoplanetariske skive den oprindeligt ville være dannet.

"Der er ingen måde, at en planet ville dannes med en atmosfære så rig på kulstof, hvis den er inden for kondensationslinjen af ​​vanddamp. Ved den meget varme temperatur på denne planet (1, 500.000), hvis atmosfæren indeholder alle grundstoffer i samme forhold som i moderstjernen, ilt bør være dobbelt mere rigeligt end kulstof og for det meste bundet med brint for at danne vand eller til kulstof for at danne kulilte. Vores meget anderledes fund stemmer overens med den nuværende forståelse af, at varme Jupitere som HD 209458b blev dannet langt væk fra deres nuværende placering."

Ved at bruge modeller for planetarisk dannelse, astronomerne sammenlignede HD 209458bs kemiske fingeraftryk med, hvad de ville forvente at se for en planet af den type.

Et solsystem begynder livet som en skive af materiale, der omgiver stjernen, som samler sig for at danne planeternes faste kerner, som derefter ophober gasformigt materiale for at danne en atmosfære. Tæt på stjernen, hvor det er varmere, en stor del af ilt forbliver i atmosfæren i vanddamp. Længere ude, efterhånden som det bliver køligere, at vand kondenserer til is og låses fast i en planets kerne, efterlader en atmosfære, der i højere grad består af kulstof- og nitrogenbaserede molekyler. Derfor, planeter, der kredser tæt på solen, forventes at have atmosfærer rig på ilt, frem for kulstof.

HD 209458b var den første exoplanet, der blev identificeret ved hjælp af transitmetoden, ved at observere den, mens den passerede foran sin stjerne. Det har været genstand for mange undersøgelser, men det er første gang, at seks individuelle molekyler er blevet målt i dens atmosfære for at skabe et detaljeret 'kemisk fingeraftryk'.

Dr. Matteo Brogi fra University of Warwick-teamet tilføjer:"Ved at opskalere disse observationer, vi vil være i stand til at fortælle, hvilke klasser af planeter vi har derude med hensyn til deres dannelsesplacering og tidlige evolution. Det er virkelig vigtigt, at vi ikke arbejder under de antagelser, at der kun er et par molekylære arter, der er vigtige for at bestemme disse planeters spektre, som det ofte er blevet gjort før. Det er nyttigt at opdage så mange molekyler som muligt, når vi går videre til at teste denne teknik på planeter med betingelser, der er modtagelige for liv, fordi vi bliver nødt til at have en fuld portefølje af kemiske arter, vi kan opdage."

Paolo Giacobbe, forsker ved det italienske nationale institut for astrofysik (INAF) og hovedforfatter af papiret, sagde:"Hvis denne opdagelse var en roman, ville den begynde med 'I begyndelsen var der kun vand ...' fordi langt størstedelen af ​​slutningen om exoplanetatmosfærer fra nær-infrarøde observationer var baseret på tilstedeværelsen (eller fraværet) af vanddamp, som dominerer denne region af spektret. Vi spurgte os selv:er det virkelig muligt, at alle de andre arter, der forventes ud fra teorien, ikke efterlader noget målbart spor? At opdage, at det er muligt at opdage dem, takket være vores indsats for at forbedre analyseteknikker, åbner nye horisonter, der skal udforskes."