Super-Jorden opdaget:Data vil karakterisere planetariske atmosfæremodeller

I løbet af de sidste 25 år har astronomer opdaget en lang række exoplaneter, lavet af sten, is og gas, takket være konstruktionen af ​​astronomiske instrumenter designet specielt til planetsøgninger. Også, ved hjælp af en kombination af forskellige observationsteknikker har de været i stand til at bestemme et stort antal masser, størrelser, og dermed tætheden af ​​planeterne, som hjælper dem med at vurdere deres indre sammensætning og øger antallet af planeter, der er blevet opdaget uden for solsystemet.

Imidlertid, at studere atmosfæren på klippeplaneterne, hvilket ville gøre det muligt fuldt ud at karakterisere de exoplaneter, der ligner Jorden, er ekstremt vanskeligt med aktuelt tilgængelige instrumenter. Af den grund, de atmosfæriske modeller for klippeplaneter forbliver utestede.

Så det er interessant, at astronomerne i CARMENES (Calar Alto højopløsningssøgning efter M-dværge med Exoearths med nær-infrarøde og optiske échelle-spektrografer), konsortium, hvor Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) er partner, har for nylig offentliggjort en undersøgelse, ledet af Trifon Trifonov, en astronom ved Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg (Tyskland), om opdagelsen af ​​en varm superjord i kredsløb omkring en nærliggende rød dværgstjerne Gliese 486, kun 26 lysår fra Solen.

For at gøre dette brugte forskerne de kombinerede teknikker med transitfotometri og radial hastighedsspektroskopi, og brugt, blandt andre, observationer med instrumentet MuSCAT2 (Multicolour Simultaneous Camera for studying Atmospheres of Transiting exoplanets) på 1,52m Carlos Sánchez-teleskopet ved Teide-observatoriet. Resultaterne af denne undersøgelse er blevet offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .

Planeten de opdagede, kaldet Gliese 486b, har en masse 2,8 gange Jordens, og er kun 30% større. "Ved at beregne dens gennemsnitlige tæthed ud fra målingerne af dens masse og radius udleder vi, at dens sammensætning svarer til Venus eller Jordens, som har metalliske kerner inde i dem, " forklarer Enric Pallé, en IAC-forsker og en medforfatter til artiklen.

Gliese 486b kredser om sin værtsstjerne på en cirkulær bane hver 1,5 dag, i en afstand af 2,5 millioner kilometer. På trods af at være så tæt på sin stjerne, planeten har sandsynligvis bevaret en del af sin oprindelige atmosfære (stjernen er meget køligere end vores sol), så den er en god kandidat til at observere mere detaljeret med den næste generation af rum- og jordteleskoper.

For Trifonov, "det faktum, at denne planet er så tæt på solen, er spændende, fordi det vil være muligt at studere den mere detaljeret ved hjælp af kraftige teleskoper såsom det nært forestående James Webb Space Telescope og ELT (Extremely Large Telescope), der nu bygges."

Gliese 486b tager lige så lang tid at dreje om sin akse som at kredse om sin værtsstjerne, så den altid har den samme side mod stjernen. Selvom Gliese 486 er meget svagere og køligere end Solen, strålingen er så intens, at planetens overflade opvarmes til mindst 700K (ca. 430 grader C). På grund af dette, the suface of Gliese 486b is probably more like the surface of Venus that that of the Earth, with a hot dry landscape, with burning rivers of lava. Imidlertid, unlike Venus, Gliese 486b may have a thin atmosphere.

Calculations made with existing models of planetary atmospheres can be consistent with both hot surface and thin atmosphere scenarios because stellar irradiation tends to evaporate the atmosphere, while the planet's gravity tends to hold it back. Determining the balance between the two contributions is difficult today.

"The discovery of Gliese 486b has been a stroke of luck. If it had been around a hundred degrees hotter all its surface would be lava, and its atmosphere would be vaporized rock, " explains José Antonio Caballero, a researcher at the Astrobiology Centre (CAB, CSIC-INTA) and co-author of the article. "På den anden side, if Gliese 486b had been around a hundred degrees cooler, it would not have been suitable for the follow-up observations."

Future planned observations by the CARMENES team will try to determine its orbital inclination, which makes it possible for Gliese 486b to cross the line of sight between us and the surface of the star, oculting some of its light, and producing what are known as transits.

They will also make spectroscopic measurements, using emission spectroscopy, when the areas of the hemisphere lit up by the star are visible as phases of the planet (analagous to the phases of our Moon), during the orbits of Gliese 486b, before it disappears behind the star. The spectrum observed will contain information about the conditions on the illuminated hot surface of the planet.

"We can't wait until the new telescopes are available, " admits Trifonov. "The results we may obtain with them will help us to get a better understanding of the atmospheres of rocky planets, their extensión, their very high density, their composition, and their influence in distributing energy around the planets.

The CARMENES project, whose consortium is made up by 11 research institutions in Spain and Germany, has the aim of monitoring a set of 350 red dwarf stars to seek planets like the Earth, using a spectrograph on the 3.5 m telescope at the Calar Alto Observatory (Spain). The present study has also used spectroscopic measurements to infer the mass of Gliese 486b. Observations were made with the MAROON-X instrument on Gemini North (8.1m) in the USA, and archive data were taken from the Keck 10 m telescope (USA) and the 3.6m telescope of ESO, (Chile).

The photometric observations come from NASA's TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) space observatory, (USA), whose data were basic for obtaining the radius of the planet, from the MuSCAT2 instrument on the 1.52m Carlos Sánchez Telescope at the Teide Observatory (Spain) and from the LCOGT (Las Cumbres Observational Global Telescope) in Chile, blandt andre.