Hubble odkrył trzy zaskakująco suche egzoplanety
Astronomowie korzystając z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, prowadzili poszukiwania pary wodnej w atmosferach trzech planet krążących wokół gwiazdy podobnej do Słońca – i znaleźli prawie suche globy. Trzy planety, HD 189733b, HD 209458b i WASP-12b, leżą w odległościach pomiędzy 60 i 90 lat świetlnych od nas. Te ogromne gazowe światy są gorące, mają temepratury od 1.500 do 4.000 st. F i są idealnymi kandydatami na wykrycie pary wodnej w swoich atmosferach. Jednak, ku zaskoczeniu naukowców, badane planety mają około 1/10 do 1/1000 ilości wody, jaką przewidują standardowe teorie dotyczące formowania się planet.
„Nasze pomiary wody na jednej z planet, HD 209458b, są bardzo precyzyjnymi pomiarami każdego związku chemicznego planet poza Układem Słonecznym, i mogliśmy teraz powiedzieć, ze znacznie większą pewnością, niż kiedykolwiek wcześniej, że znaleźliśmy wodę na egzoplanetach. Jednak odkryliśmy zbyt niską ilości wody, co było zaskakujące” – mówi dr Nikku Madhusudhan z Instytutu Astronomii Uniwersytetu Cambridge, Wielka Brytania, który dowodzi badaniami. Madhusudhan powiedział, że to odkrycie jest ogromnym wyzwaniem dla teorii egzoplanet. „Spodziewaliśmy się, że wszystkie te planety mają dużo wody. Musimy ponownie zrewidować modele formowania się i migracji planet olbrzymów, szczególnie „gorących Jowiszów”, i zbadać, jak one powstają”.
Astronom podkreśla, że te wyniki, choć uzyskane z tych dużych gorących planetach krążących blisko swoich gwiazd macierzystych, mogą mieć także poważne konsekwencje w poszukiwaniu wody w potencjalnej strefie zamieszkania egzoplanet rozmiarów Ziemi. Instrumenty przyszłych teleskopów kosmicznych muszą być koniecznie zaprojektowane z większą czułością, jeśli docelowe planety są bardziej suche, niż się spodziewano. „Powinniśmy być przygotowani na dużo mniejszą obfitość wody, niż przewidywaliśmy szukając super-Ziemi (skaliste planety, kilka razy masywniejsze, niż Ziemia)” – powiedział Madhusudhan.
Korzystając z widma bliskiej podczerwieni w obserwacjach planet prze Hubble’a, Madhusudhan i jego współpracownicy ze Space Telescope Science Institute, w Baltimore, Maryland; Uniwersytetu Maryland, College Park w Maryland; Uniwersytetu Johns Hopkins w Baltimore i Dunlap Institute Uniwersytetu Toronto, w Ontario, w Kanadzie, oszacowali ilość pary wodnej w atmosferze planet, opierając się na zaawansowanych modelach komputerowych i technikach statystycznych, aby wyjaśnić dane. Planety te zostały wyselekcjonowane, ponieważ krążą blisko wokół stosukowo jasnych gwiazd, które zapewniają wystarczającą ilość promieniowania w świetle podczerwonym, by można było podjąć obserwacje. Właściwości pochłaniania z pary wodnej w atmosferze planet są nałożone na niewielkiej ilości światło gwiazd, które przebłyskuje przez atmosferę planety.
Wykrywanie wody jest prawie niemożliwe dla tranzytu planet, z teleskopów naziemnych, ponieważ ziemska atmosfera zawiera dużo wody, co powoduje zaburzenie wyników obserwacji. „Naprawdę potrzebujemy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, by wykonać tego typu obserwacje” – powiedział Nicolas Crouzet of the Dunlap Institute z Uniwersytetu Toronto i współautor badań. Obecnie akceptowana teoria powstawania planet olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym mówi o tzw. jądrze akrecji, w którym planety tworzą się wokół młodej gwiazdy w dysku protoplanetarnym, złożonym z głównie z wodoru, helu oraz cząsteczek lodu i pyłu zawierającego inne pierwiastki chemiczne. Cząsteczki pyłu zlepiają się ze sobą ostatecznie tworząc większe i większe ziarna. Siły grawitacyjne dysku upuszczają na te ziarna większe cząsteczki aż ukształtuje się stałe jądro, które ostatecznie prowadzi do powstania olbrzymiej planety.
Teoria ta przewiduje, że proporcja różnych pierwiastków na planecie jest większa w porównaniu z jej gwiazdą macierzystą, zwłaszcza tlen, którego powinno być znacznie więcej. Gdy olbrzymia planeta się tworzy, spodziewamy się, że tlen w jej atmosferze będzie w dużej mierze zawierał cząsteczki wody. Bardzo niski poziom pary wodnej w atmosferach badanych planet rodzi szereg pytań o skład chemiczny, który prowadzi do powstawania planet, mówią naukowcy.
„Jest jeszcze wiele rzeczy, których wciąż nie wiemy o egzoplanetach, więc to otwiera nowy rozdział do zrozumienia jak planety i układ słoneczny powstają. Problemem jest to, że zakładamy, że woda jest tak obfita, jak w naszym Układzie Słonecznym. Wyniki naszych badań ukazały, że właściwości wody mogą być znacznie słabsze, niż się tego spodziewaliśmy” – powiedział Drake Deming z Uniwersytetu Maryland, który prowadził badania.
Źródło:
Hubble
„Nasze pomiary wody na jednej z planet, HD 209458b, są bardzo precyzyjnymi pomiarami każdego związku chemicznego planet poza Układem Słonecznym, i mogliśmy teraz powiedzieć, ze znacznie większą pewnością, niż kiedykolwiek wcześniej, że znaleźliśmy wodę na egzoplanetach. Jednak odkryliśmy zbyt niską ilości wody, co było zaskakujące” – mówi dr Nikku Madhusudhan z Instytutu Astronomii Uniwersytetu Cambridge, Wielka Brytania, który dowodzi badaniami. Madhusudhan powiedział, że to odkrycie jest ogromnym wyzwaniem dla teorii egzoplanet. „Spodziewaliśmy się, że wszystkie te planety mają dużo wody. Musimy ponownie zrewidować modele formowania się i migracji planet olbrzymów, szczególnie „gorących Jowiszów”, i zbadać, jak one powstają”.
Korzystając z widma bliskiej podczerwieni w obserwacjach planet prze Hubble’a, Madhusudhan i jego współpracownicy ze Space Telescope Science Institute, w Baltimore, Maryland; Uniwersytetu Maryland, College Park w Maryland; Uniwersytetu Johns Hopkins w Baltimore i Dunlap Institute Uniwersytetu Toronto, w Ontario, w Kanadzie, oszacowali ilość pary wodnej w atmosferze planet, opierając się na zaawansowanych modelach komputerowych i technikach statystycznych, aby wyjaśnić dane. Planety te zostały wyselekcjonowane, ponieważ krążą blisko wokół stosukowo jasnych gwiazd, które zapewniają wystarczającą ilość promieniowania w świetle podczerwonym, by można było podjąć obserwacje. Właściwości pochłaniania z pary wodnej w atmosferze planet są nałożone na niewielkiej ilości światło gwiazd, które przebłyskuje przez atmosferę planety.
Wykrywanie wody jest prawie niemożliwe dla tranzytu planet, z teleskopów naziemnych, ponieważ ziemska atmosfera zawiera dużo wody, co powoduje zaburzenie wyników obserwacji. „Naprawdę potrzebujemy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, by wykonać tego typu obserwacje” – powiedział Nicolas Crouzet of the Dunlap Institute z Uniwersytetu Toronto i współautor badań. Obecnie akceptowana teoria powstawania planet olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym mówi o tzw. jądrze akrecji, w którym planety tworzą się wokół młodej gwiazdy w dysku protoplanetarnym, złożonym z głównie z wodoru, helu oraz cząsteczek lodu i pyłu zawierającego inne pierwiastki chemiczne. Cząsteczki pyłu zlepiają się ze sobą ostatecznie tworząc większe i większe ziarna. Siły grawitacyjne dysku upuszczają na te ziarna większe cząsteczki aż ukształtuje się stałe jądro, które ostatecznie prowadzi do powstania olbrzymiej planety.
Teoria ta przewiduje, że proporcja różnych pierwiastków na planecie jest większa w porównaniu z jej gwiazdą macierzystą, zwłaszcza tlen, którego powinno być znacznie więcej. Gdy olbrzymia planeta się tworzy, spodziewamy się, że tlen w jej atmosferze będzie w dużej mierze zawierał cząsteczki wody. Bardzo niski poziom pary wodnej w atmosferach badanych planet rodzi szereg pytań o skład chemiczny, który prowadzi do powstawania planet, mówią naukowcy.
„Jest jeszcze wiele rzeczy, których wciąż nie wiemy o egzoplanetach, więc to otwiera nowy rozdział do zrozumienia jak planety i układ słoneczny powstają. Problemem jest to, że zakładamy, że woda jest tak obfita, jak w naszym Układzie Słonecznym. Wyniki naszych badań ukazały, że właściwości wody mogą być znacznie słabsze, niż się tego spodziewaliśmy” – powiedział Drake Deming z Uniwersytetu Maryland, który prowadził badania.
Źródło:
Hubble
