Wykryta para wodna pochodzi z planety skalistej czy jej gwiazdy?
Czy planeta skalista krążąca w bliskiej odległość czerwonego karła jest w stanie utrzymać bądź odtworzyć atmosferę? Badania z użyciem JWST pomagają odpowiedzieć na to pytanie.
Wizja artystyczna skalistej egzoplanety GJ 486 b, która krąży wokół czerwonego karła odległego od nas zaledwie o 26 lat świetlnych.
Źródło: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Najpopularniejsze gwiazdy we Wszechświecie to czerwone karły, co oznacza, że najbardziej prawdopodobne jest znalezienie skalistych egzoplanet krążących wokół takiej gwiazdy. Gwiazda typu czerwonego karła jest chłodna, więc planeta musi okrążać ją po ciasnej orbicie, aby utrzymać ciepło wystarczające, by mogła potencjalnie na swojej powierzchni utrzymać wodę w stanie ciekłym (co oznacza, że znajduje się w strefie nadającej się do zamieszkania). Takie gwizdy są również aktywne, zwłaszcza gdy są młode, w związku z tym emitują promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie, które może zniszczyć atmosferę planet. W rezultacie jednym ważnym otwartym pytaniem w astronomii jest to, czy skalista planeta może utrzymać lub odtworzyć atmosferę w tak surowym środowisku.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, astronomowie wykorzystali Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do zbadania skalistej egzoplanety znanej jako GJ 486 b. Krąży zbyt blisko swojej gwiazdy, aby znajdowała się w ekosferze, a temperatura jej powierzchni wynosi około 430oC. A jednak ich obserwacje za pomocą spektrografu bliskiej podczerwieni Webba (NIRSpec) pokazują ślady pary wodnej. Jeżeli para wodna jest powiązana z planetą, oznaczałoby to, że ma ona atmosferę pomimo swojej palącej temperatury i bliskiej odległości od gwiazdy macierzystej. Para wodna była już wcześniej widziana na gazowych egzoplanetach, ale jak dotąd nie wykryto atmosfery wokół skalistej egzoplanety. Zespół ostrzega jednak, że para wodna może znajdować się na samej gwieździe – w szczególności w chłodnych plamach gwiazdowych – a nie pochodzić z planety.
Widzimy sygnał i jest on prawie na pewno spowodowany przez wodę. Ale nie możemy jeszcze powiedzieć, czy ta woda jest częścią atmosfery planety, co oznacza, że planeta posiada atmosferę, czy po prostu widzimy sygnaturę wody pochodzącą od samej gwiazdy – powiedziała Sarah Moran z University of Arizona w Tucson, główna autorka badania.
Para wodna w atmosferze gorącej skalistej planety stanowiłaby duży przełom w nauce o egzoplanetach. Musimy jednak być ostrożni i upewnić się, że to nie gwiazda jest winowajcą – dodał Kevin Stevenson z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory w Laurel w stanie Maryland, główny badacz programu.
GJ 486 b jest około 30% większa od Ziemi i trzy razy masywniejsza, co oznacza, że jest skalistym światem o silniejszej niż Ziemia grawitacji. Orbituje wokół czerwonego karła w niecałe 1,5 ziemskiego dnia. Oczekuje się, że będzie zablokowana pływowo, ze stroną dzienną i stroną nocną.
Patrząc z naszego punktu widzenia, gwiazda przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy. Jeżeli posiada ona atmosferę, to podczas tranzytu światło gwiazdy przefiltruje te gazy, pozostawiając w świetle odciski palców, które pozwolą astronomom rozszyfrować jej skład za pomocą techniki zwanej spektroskopią transmisyjną.
Zespół obserwował dwa tranzyty, każdy trwający około godziny. Następnie użyli trzech różnych metod do analizy uzyskanych danych. Wyniki wszystkich trzech metod są zgodne, gdyż pokazują przeważnie płaskie widmo z intrygującym wzrostem przy najkrótszych długościach fal podczerwonych. Zespół przeprowadził modelowanie komputerowe uwzględniające szereg różnych cząsteczek i doszedł do wniosku, że najbardziej prawdopodobnym źródłem sygnału jest para wodna.
Podczas gdy para wodna może potencjalnie wskazywać na obecność atmosfery na GJ 486 b, równie prawdopodobnym wyjaśnieniem jest para wodna pochodząca z gwiazdy. Co zaskakujące, nawet na naszym Słońcu para wodna może czasami występować w plamach słonecznych, ponieważ plamy te są bardzo chłodne w porównaniu z otaczającą je powierzchnią gwiazdy. Gwiazda macierzysta GJ 486b jest znacznie chłodniejsza od Słońca, więc jeszcze więcej pary wodnej skupiałoby się w jej plamach gwiazdowych. W rezultacie mogłaby ona wytworzyć sygnał naśladujący atmosferę planetarną.
Nie zaobserwowaliśmy dowodów na to, że podczas tranzytów planeta przecina jakiekolwiek plamy gwiazdowe. Ale to nie oznacza, że nie ma plam w innych miejscach na gwieździe. I to jest dokładnie fizyczny scenariusz, który odcisnął by ten sygnał wodny w danych i mógłby wyglądać jak atmosfera planety – wyjaśnił Ryan MacDonald z University of Michigan w Ann Arbor, jeden ze współautorów badania.
Oczekuje się, że atmosfera z pary wodnej będzie stopniowo ulegać erozji w wyniku ogrzewania i napromieniowania gwiazdy. W rezultacie, jeżeli atmosfera jest obecna, prawdopodobnie musiałaby być stale uzupełniana przez wulkany wyrzucające parę wodną z wnętrza planety. Jeżeli woda rzeczywiście znajduje się w atmosferze planety, potrzebne są dodatkowe obserwacje, aby zawęzić jej ilość.
Przyszłe obserwacje Webba mogą rzucić więcej światła na ten sygnał. W nadchodzącym programie Webb użyje instrumentu średniej podczerwieni (MIRI) do obserwacji dziennej strony planety. Jeżeli planeta nie ma atmosfery lub ma cienką, to najgorętsza część strony dziennej powinna znajdować się pod gwiazdą. Jednakże, jeżeli najgorętszy punkt jest przesunięty, wskazywałoby to na atmosferę, która może cyrkulować ciepło.
Ostatecznie, obserwacje na krótszych falach podczerwonych przez inny instrument Webba, Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), będą potrzebne do rozróżnienia pomiędzy atmosferą planety a scenariuszami plam gwiazdowych.
Połączenie wielu instrumentów naprawdę określi, czy ta planeta ma atmosferę – powiedział Stevenson.
Badanie zostało zaakceptowane do publikacji w The Astrophysical Journal Letters.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
