Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Webb præsenterer de bedste beviser til dato for en stenet exoplanetatmosfære

Denne kunstners koncept viser, hvordan exoplaneten 55 Cancri e kunne se ud. Også kaldet Janssen, 55 Cancri e er en såkaldt super-Jord, en klippeplanet betydeligt større end Jorden, men mindre end Neptun, som kredser om sin stjerne i en afstand på kun 1,4 millioner miles (0,015 astronomiske enheder), og fuldfører en hel bane. på mindre end 18 timer. Observationer fra JWSTs NIRCam og MIRI tyder på, at planeten kan være omgivet af en atmosfære rig på kuldioxid (CO2 ) eller carbonmonoxid (CO). Fordi den er så tæt på sin stjerne, er planeten ekstremt varm og menes at være dækket af smeltet sten. Forskere tror, ​​at de gasser, der udgør atmosfæren, kunne være boblet ud af magmaen. Kredit:Universitetet i Bern, Schweiz

Forskere, der bruger NASA/ESA/CSA James Webb-rumteleskopet, kan have opdaget en atmosfære omkring 55 Cancri e, en stenet exoplanet 41 lysår fra Jorden. Dette er det bedste bevis til dato for en stenet planetatmosfære uden for vores solsystem. Brice-Olivier Demory, professor i astrofysik ved universitetet i Bern og medlem af National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS, var en del af det internationale forskerhold, der netop har offentliggjort resultaterne i Nature .



55 Cancri e er en af ​​fem kendte planeter, der kredser om en sollignende stjerne i stjernebilledet Krebsen. Med en diameter, der er næsten dobbelt så stor som Jorden og en tæthed lidt større, er planeten klassificeret som en superjord:større end Jorden, mindre end Neptun og i sammensætning ligner klippeplaneterne i vores solsystem.

Brice-Olivier Demory fra Center for Space and Habitability CSH ved University of Bern og medlem af NCCR PlanetS er medforfatter af undersøgelsen. Han siger, "55 Cancri e er en af ​​de mest gådefulde exoplaneter. På trods af enorme mængder observationstid opnået med et dusin af jord- og rumfaciliteter i det sidste årti, har dens natur forblevet uhåndgribelig indtil i dag, hvor dele af puslespillet kunne endelig blive sat sammen takket være James Webb Space Telescope (JWST)".

Uventet viser disse observationer, at det måske er muligt for en varm og stærkt bestrålet klippeplanet at opretholde en gasatmosfære, og lover godt for JWSTs evne til at karakterisere køligere – potentielt beboelige – klippeplaneter, der kredser om sollignende stjerner.

Renyu Hu fra NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) ledede holdet. "JWST skubber virkelig grænserne for karakterisering af exoplaneter til stenede exoplaneter," sagde Hu. "Det muliggør virkelig en ny type videnskab."

Bern-rumteleskopet CHEOPS leverede vigtige resultater

Demory blev inviteret på forskningsprogrammet af Hu, som var en af ​​hans kolleger, da han var på Massachusetts Institute of Technology (MIT). Demory har studeret 55 Cancri e siden begyndelsen af ​​sin karriere. "Som postdoc ved MIT ledede jeg opdagelsen af ​​den første transit af 55 Cancri e, og i 2016 offentliggjorde mit team det første kort over en stenet exoplanet, som var 55 Cancri e." 2016-resultatet antydede allerede den mulige tilstedeværelse af en atmosfære omkring 55 Cancri e.

Til den aktuelle undersøgelse gennemførte Demory en uafhængig analyse af JWST-datasættet. Han forklarer, "I de sidste to år har rumteleskopet CHEOPS, som er blevet udviklet og bygget ved universitetet i Bern, været nøglen til at løse flere spørgsmål, som astrofysikere havde omkring 55 Cancri e. JWST supplerede dette billede ved infrarøde bølgelængder ved at vise at superjorden 55 Cancri e kan være omgivet af en atmosfære med en sammensætning, der stemmer overens med kulilte eller kuldioxid."

Et termisk emissionsspektrum optaget af JWSTs NIRCam (Near-Infrared Camera) i november 2022 og MIRI (MidInfrared Instrument) i marts 2023, viser lysstyrken (y-aksen) af forskellige bølgelængder af infrarødt lys (x-aksen) udsendt af superjordens exoplanet 55 Cancri e. Spektret viser, at planeten kan være omgivet af en atmosfære rig på kuldioxid eller kulilte og andre flygtige stoffer, ikke kun fordampet sten. Grafen sammenligner data indsamlet af NIRCam (orange prikker) og MIRI (lilla prikker) med to forskellige modeller. Model A, med rødt, viser, hvordan emissionsspektret for 55 Cancri e skal se ud, hvis det har en atmosfære lavet af fordampet sten. Model B, i blåt, viser, hvordan emissionsspektret skal se ud, hvis planeten har en flygtig-rig atmosfære udgasset fra et magmahav, der har et lignende flygtigt indhold som Jordens kappe. Både MIRI- og NIRCam-data er i overensstemmelse med den flygtige-rige model. Kredit:Illustration:NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI) Videnskab:Renyu Hu (JPL), Aaron Bello-Arufe (JPL), Diana Dragomir (University of New Mexico)

Supervarm superjord og stadig køligere end forventet

Selvom 55 Cancri e i sammensætning ligner klippeplaneterne i vores solsystem, kan det efterlade det forkerte indtryk at beskrive det som "stenet". Planeten kredser så tæt på sin stjerne (en fuld bane varer 18 timer sammenlignet med vores Jords 365 dage), at dens overflade skal være smeltet - et dybt, boblende hav af magma. Med en så stram bane vil planeten sandsynligvis også være tidevandslåst, med en dagside, der vender mod stjernen hele tiden og en natside i evigt mørke. "Planeten er så varm, at noget af den smeltede sten burde fordampe," forklarede Hu.

Selvom JWST ikke kan tage et direkte billede af 55 Cancri e, kan den måle subtile ændringer i lyset fra systemet, når planeten kredser om stjernen. Holdet brugte JWSTs NIRCam (Near-Infrared Camera) og MIRI (Mid-Infrared Instrument) til at måle infrarødt lys, der stammer fra planeten.

Ved at trække lysstyrken under den sekundære formørkelse, når planeten er bag stjernen (kun stjernelys), fra lysstyrken, når planeten er lige ved siden af ​​stjernen (lys fra stjernen og planeten kombineret), var holdet i stand til at beregne mængden af infrarødt lys, der kommer fra planetens dagside ved flere bølgelængder samtidigt.

Den første indikation af, at 55 Cancri e kunne have en betydelig atmosfære, kom fra temperaturmålinger baseret på dens termiske emission eller varmeenergi afgivet i form af infrarødt lys. Hvis planeten er dækket af mørk smeltet sten med et tyndt slør af fordampet sten eller slet ingen atmosfære, bør dagsiden være omkring 2200 grader Celsius.

"I stedet viste MIRI-dataene en relativt lav temperatur på omkring 1500 grader Celsius," sagde Hu. "Dette er en meget stærk indikation af, at energi bliver distribueret fra dag til nat, højst sandsynligt af en flygtig-rig atmosfære."

Mens lavastrømme kan føre noget varme rundt til natsiden, kan de ikke flytte den effektivt nok til at forklare den kølende effekt. Faktisk ser dagsiden flere hundrede grader køligere ud, end den burde, selvom varmen fordeles jævnt rundt på planeten. Dette giver mening, hvis noget af det infrarøde lys, der udsendes af overfladen, bliver absorberet af atmosfæren og aldrig når teleskopet.

Boblende magmahav

Holdet tror, ​​at gasserne, der dækker 55 Cancri e, bobler ud fra det indre. Den primære atmosfære ville være for længst væk på grund af den høje temperatur og den intense stråling fra stjernen.

Dette ville være en sekundær atmosfære, der løbende genopfyldes af magmahavet. Magma er ikke kun krystaller og flydende sten, der er også en masse opløst gas i det.

Mens 55 Cancri e er alt for varmt til at være beboeligt, kan det give et unikt vindue til at studere interaktioner mellem atmosfærer, overflader og indre af klippeplaneter og måske give indsigt i den tidlige Jord, Venus og Mars, som menes at have været dækket af magmahave langt tidligere. "I sidste ende ønsker vi at forstå, hvilke forhold der gør det muligt for en klippeplanet at opretholde en gasrig atmosfære:nøgleingrediensen til en beboelig planet," sagde Hu.

Flere oplysninger: Renyu Hu et al., En sekundær atmosfære på den stenede Exoplanet 55 Cancri e, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07432-x

Journaloplysninger: Natur

Leveret af University of Bern




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com