Exoplanet har en kvælende stratosfære uden vand

Et NASA-ledet hold har fundet beviser på, at den overdimensionerede exoplanet WASP-18b er pakket ind i en kvælende stratosfære fyldt med kulilte og uden vand. Resultaterne kommer fra en ny analyse af observationer foretaget af rumteleskoperne Hubble og Spitzer.

Dannelsen af ​​et stratosfærelag i en planets atmosfære tilskrives "solcreme"-lignende molekyler, som absorberer ultraviolet (UV) og synlig stråling fra stjernen og derefter frigiver den energi som varme. Den nye undersøgelse tyder på, at den "varme Jupiter" WASP-18b, en massiv planet, der kredser meget tæt på sin værtsstjerne, har en usædvanlig sammensætning, og dannelsen af ​​denne verden kunne have været helt anderledes end Jupiters og gasgiganters i andre planetsystemer.

"Sammensætningen af ​​WASP-18b trodser alle forventninger, " sagde Kyle Sheppard fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, hovedforfatter af papiret udgivet i Astrofysiske tidsskriftsbreve . "Vi kender ikke til nogen anden ekstrasolar planet, hvor kulilte så fuldstændig dominerer den øvre atmosfære."

På jorden, ozon absorberer UV i stratosfæren, beskytter vores verden mod en masse af solens skadelige stråling. For den håndfuld exoplaneter med stratosfærer, absorberen menes typisk at være et molekyle såsom titaniumoxid, en nær slægtning til titaniumdioxid, bruges på Jorden som malingspigment og solcremeingrediens.

Forskerne så på data indsamlet til WASP-18b, ligger 325 lysår fra Jorden, som en del af en undersøgelse for at finde exoplaneter med stratosfærer. Den tunge planet, som har massen af ​​10 Jupiters, er blevet observeret gentagne gange, gør det muligt for astronomer at akkumulere en relativt stor skare af data. Denne undersøgelse analyserede fem formørkelser fra arkiverede Hubble-data og to fra Spitzer.

Fra lyset, der udsendes af planetens atmosfære ved infrarøde bølgelængder, ud over det synlige område, det er muligt at identificere de spektrale fingeraftryk af vand og nogle andre vigtige molekyler. Analysen afslørede WASP-18bs ejendommelige fingeraftryk, som ikke ligner nogen hidtil undersøgt exoplanet. For at bestemme, hvilke molekyler der mest sandsynligt ville matche det, holdet udførte omfattende computermodellering.

"Den eneste konsekvente forklaring på dataene er en overflod af kulilte og meget lidt vanddamp i atmosfæren af ​​WASP-18b, ud over tilstedeværelsen af ​​en stratosfære, " sagde Nikku Madhusudhan, en medforfatter af undersøgelsen fra University of Cambridge, Det Forenede Kongerige. "Denne sjældne kombination af faktorer åbner et nyt vindue til vores forståelse af fysiske og kemiske processer i exoplanetariske atmosfærer."

Resultaterne indikerer, at WASP-18b har varmt kulilte i stratosfæren og køligere kulilte i laget af atmosfæren nedenfor, kaldet troposfæren. Holdet fastslog dette ved at detektere to typer kuliltesignaturer, en absorptionssignatur ved en bølgelængde på ca. 1,6 mikrometer og en emissionssignatur ved ca. 4,5 mikrometer. Det er første gang, forskere har opdaget begge typer fingeraftryk for en enkelt type molekyle i en exoplanets atmosfære.

I teorien, en anden mulig egnethed til observationerne er kuldioxid, som har et lignende fingeraftryk. Forskerne udelukkede dette, fordi hvis der var nok ilt tilgængeligt til at danne kuldioxid, atmosfæren bør også have noget vanddamp.

For at producere de spektrale fingeraftryk set af holdet, den øvre atmosfære af WASP-18b skulle være fyldt med kulilte. Sammenlignet med andre varme Jupitere, denne planets atmosfære ville sandsynligvis indeholde 300 gange flere "metaller, " eller grundstoffer, der er tungere end brint og helium. Denne ekstremt høje metallicitet ville indikere, at WASP-18b kunne have akkumuleret større mængder af fast is under sin dannelse end Jupiter, tyder på, at den måske ikke har dannet sig, som andre varme Jupitere gjorde.

"Den forventede opsendelse af James Webb-rumteleskopet og andre fremtidige rumbaserede observatorier vil give os mulighed for at følge op med endnu mere kraftfulde instrumenter og fortsætte med at udforske den fantastiske række af exoplaneter derude, " sagde Avi Mandell, en exoplanet videnskabsmand ved Goddard og den anden forfatter af papiret.