Data afslører tegn på molekylær absorption i atmosfæren af ​​en varm Neptun

Et internationalt hold af videnskabsmænd målte for nylig spektret af atmosfæren på en sjælden varm Neptun-exoplanet, hvis opdagelse af NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) blev annonceret i sidste måned.

Opdagelsen blev gjort med data leveret fra det nu pensionerede NASA Spitzer Space Telescope, som giver mulighed for en unik, infrarød visning af universet for at se ind i områder af rummet, der er skjult for optiske teleskoper.

Et af hovedmålene med NASAs TESS-mission er at finde nye, små planeter, der ville være gode mål for atmosfærisk karakterisering. Tidligt i sin mission, den fandt LTT9779b, en planet, der kredser om en sollignende stjerne, der ligger 260 lysår væk fra Jorden. denne planet, lidt større end Neptun, kredser meget tæt på sin stjerne. Planeten findes i den "varme Neptun-ørken, "hvor planeter ikke burde eksistere. Faktisk, de fleste nærliggende varme exoplaneter er enten gasgiganter på størrelse med Jupiter eller Saturn, der har masse nok til at fastholde det meste af deres atmosfære ved hjælp af deres høje tyngdekraft mod fordampningen forårsaget af stjernen, eller små stenede exoplaneter, der har mistet deres atmosfære til stjernen for længe siden.

"Denne ultravarme Neptun er en 'mellemstor' exoplanet, der kredser meget tæt på sin stjerne (det tager kun 19 timer at fuldføre et kredsløb), men dens lave tæthed indikerer, at den stadig har en atmosfære, der vejer mindst 10 procent af planetens masse, " forklarede University of New Mexico assisterende professor i fysik og astronomi Diana Dragomir, som leder arbejdet, som involverede mere end 25 institutioner.

Alderen af ​​dette system er 2 milliarder år. Ved denne høje temperatur, planetens atmosfære burde være fordampet for længe siden, tidligt i systemets liv. "Hot Neptunes er sjældne, og en i et så ekstremt miljø som dette er svært at forklare, fordi dens masse ikke er stor nok til at holde på en atmosfære i særlig lang tid. Så hvordan klarede det sig? LTT9779b fik os til at klø os i hovedet, men det faktum, at det har en atmosfære, giver os en sjælden måde at undersøge denne type planeter på, så vi besluttede at sondere det med et andet teleskop, " tilføjede Dragomir.

For at undersøge dens atmosfæriske sammensætning og kaste yderligere lys over dens oprindelse, forskere opnåede sekundære formørkelsesobservationer med Spitzer Infrared Array Camera (IRAC) af den varme Neptun. Spitzer-observationerne bekræftede en atmosfærisk tilstedeværelse og muliggjorde en måling af planetens meget høje temperatur, cirka 2, 000 Kelvin (ca. 3, 000 grader Fahrenheit). "For første gang, vi målte lys, der kom fra en planet, der ikke burde eksistere!" sagde Dragomir.

Efter at have kombineret Spitzer-observationerne med en måling af den sekundære formørkelse i TESS-båndpasset, forskerne studerede det resulterende emissionsspektrum og identificerede beviser for molekylær absorption i planetens atmosfære, som de mener sandsynligvis skyldes kulilte. Dette molekyle er ikke uventet i atmosfæren på varme store planeter (varme Jupiters), men at finde den i en varm Neptun kan give fingerpeg om oprindelsen af ​​denne planet, og hvordan den formåede at holde på sin atmosfære. Dette resultat udgør den første påvisning af atmosfæriske træk i en exoplanet opdaget af TESS, og den første nogensinde for en ultra-hot Neptun.

"Hvis der er en masse atmosfære omkring planeten, som det er tilfældet for LTT9779b, så kan du nemmere studere det, " sagde Dragomir. "En mindre atmosfære ville være meget sværere at observere." Resultaterne indikerer, at LTT9779b er et glimrende mål for yderligere karakterisering med NASAs kommende James Webb Space Telescope (JWST), som også kunne verificere om den observerede molekylære absorption faktisk skyldes kulilte.

Et ledsagende papir, ledet af Kansas University Assistant Professor Ian Crossfield, fandt også tegn, der peger på, at planetens atmosfære har et højere niveau af tunge grundstoffer end forventet. Dette er desuden spændende, fordi de to planeter af samme størrelse i vores solsystem, Neptun og Uranus, er primært sammensat af lette grundstoffer som brint og helium.

"LTT9779 er et af de superspændende mål, en meget sjælden ædelsten til vores forståelse af varme Neptunes. Vi mener, at vi har opdaget kulilte i atmosfæren, og at den permanente dagside er meget varm, mens meget lidt varme transporteres til natsiden, sagde Björn Benneke, professor ved Université de Montréal og medlem af instituttet for forskning i exoplaneter (iREx). "Begge resultater får LTT9779b 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."

Sammen, disse resultater satte scenen for lignende undersøgelser af en større prøve af exoplaneter opdaget i denne varme Neptun-ørken, som er nøglen til at afdække oprindelsen af ​​denne unikke population af exoplaneter.

Forskningen, Spitzer afslører beviser for molekylær absorption i atmosfæren af ​​den varme Neptun LTT 9779b, blev offentliggjort i The Astrofysiske tidsskriftsbreve .