En stor exoplanet kunne have de rette betingelser for liv

Astronomer har fundet ud af, at en exoplanet, der er mere end dobbelt så stor som Jorden, er potentielt beboelig, åbner søgen efter liv for planeter, der er betydeligt større end Jorden, men mindre end Neptun.

Et hold fra University of Cambridge brugte messen, radius, og atmosfæriske data fra exoplaneten K2-18b og fastslog, at det er muligt for planeten at være vært for flydende vand under beboelige forhold under dens hydrogenrige atmosfære. Resultaterne rapporteres i The Astrophysical Journal Letters .

Exoplaneten K2-18b, 124 lysår væk, er 2,6 gange radius og 8,6 gange jordens masse, og kredser om sin stjerne inden for den beboelige zone, hvor temperaturer kunne tillade flydende vand at eksistere. Planeten var genstand for betydelig mediedækning i efteråret 2019, som to forskellige hold rapporterede påvisning af vanddamp i dens hydrogenrige atmosfære. Imidlertid, omfanget af atmosfæren og forholdene i det indre nedenunder forblev ukendte.

"Vanddamp er blevet detekteret i atmosfæren på en række exoplaneter, men selvom planeten er i den beboelige zone, det betyder ikke nødvendigvis, at der er beboelige forhold på overfladen, " sagde Dr. Nikku Madhusudhan fra Cambridge's Institute of Astronomy, der ledede den nye forskning. "For at etablere udsigterne for beboelighed, det er vigtigt at opnå en samlet forståelse af de indre og atmosfæriske forhold på planeten – især, om flydende vand kan eksistere under atmosfæren."

I betragtning af den store størrelse af K2-18b, det er blevet foreslået, at det ville være mere som en mindre version af Neptun end en større version af Jorden. En 'mini-Neptun' forventes at have en betydelig brint-konvolut, der omgiver et lag af højtryksvand, med en indre kerne af sten og jern. Hvis brinthylsteret er for tykt, temperaturen og trykket ved overfladen af ​​vandlaget nedenunder ville være alt for høj til at understøtte liv.

Nu, Madhusudhan og hans team har vist, at på trods af størrelsen på K2-18b, dens brinthylster er ikke nødvendigvis for tyk, og vandlaget kunne have de rette betingelser til at understøtte liv. De brugte de eksisterende observationer af atmosfæren, samt masse og radius, at bestemme sammensætningen og strukturen af ​​både atmosfæren og interiøret ved hjælp af detaljerede numeriske modeller og statistiske metoder til at forklare dataene.

Forskerne bekræftede, at atmosfæren er brintrig med en betydelig mængde vanddamp. De fandt også, at niveauerne af andre kemikalier såsom metan og ammoniak var lavere end forventet for en sådan atmosfære. Hvorvidt disse niveauer kan tilskrives biologiske processer, er endnu uvist.

Holdet brugte derefter de atmosfæriske egenskaber som grænsebetingelser for modeller af planetens indre. De udforskede en lang række modeller, der kunne forklare de atmosfæriske egenskaber samt planetens masse og radius. Dette gjorde det muligt for dem at opnå rækken af ​​mulige forhold i interiøret, herunder omfanget af brinthylsteret og temperaturerne og trykket i vandlaget.

"Vi ville vide tykkelsen af ​​brinthylsteret - hvor dybt brinten går, " sagde medforfatter Matthew Nixon, en ph.d. studerende ved Institut for Astronomi. "Selvom dette er et spørgsmål med flere løsninger, vi har vist, at du ikke behøver meget brint for at forklare alle observationerne sammen."

Forskerne fandt ud af, at det maksimale omfang af brinthylsteret, som dataene tillader, er omkring 6% af planetens masse, selvom de fleste af løsningerne kræver meget mindre. Den mindste mængde brint er omkring en milliondel i masse, svarende til massefraktionen af ​​Jordens atmosfære. I særdeleshed, en række scenarier giver mulighed for en havverden, med flydende vand under atmosfæren ved tryk og temperaturer svarende til dem, der findes i Jordens oceaner.

Denne undersøgelse åbner søgningen efter beboelige forhold og biosignaturer uden for solsystemet for exoplaneter, der er betydeligt større end Jorden, hinsides jordlignende exoplaneter. Derudover planeter som K2-18b er mere tilgængelige for atmosfæriske observationer med nuværende og fremtidige observationsfaciliteter. De atmosfæriske begrænsninger opnået i denne undersøgelse kan forfines ved hjælp af fremtidige observationer med store faciliteter såsom det kommende James Webb-rumteleskop.