Dujos, kylančios iš 55 Cancri e lavos padengto paviršiaus, gali maitinti atmosferą, kurioje gausu anglies dioksido arba anglies monoksido.

Šiais laikais aptikti planetos atmosferą dešimčių ar net šimtų šviesmečių atstumu nuo Žemės gali neatrodyti didelė problema. Per pastaruosius du dešimtmečius mokslininkai rado įrodymų, kad atmosfera supa dešimtis egzoplanetų. Problema ta, kad visos šios planetos turi storą, vandenilio dominuojančią atmosferą, kurią gana lengva ištirti. Kai kurias mažas uolėtas egzoplanetas supančios plonos dujų antklodės liko nepastebimos.

Tyrėjai mano, kad pagaliau galėjo pažvelgti į turtingą, nepastovią atmosferą, supančią uolėtą planetą. Iš karštų vietų skleidžiama šviesa yra labai spinduliuojanti Egzoplaneta 55 Cancri e rodo įtikinamus įrodymus apie atmosferą, kurioje galbūt gausu anglies dioksido arba anglies monoksido, kuri tekėtų iš didžiulio lavos vandenyno, dengiančio planetos paviršių.

Rezultatas yra geriausias iki šiol įrodymas, kad uolėtoje planetoje už mūsų Saulės sistemos ribų egzistuoja atmosfera.

Ši menininko koncepcija parodo, kaip galėtų atrodyti egzoplaneta 55 Cancri e. Dar vadinama Janssen, 55 Cancri e yra vadinamoji superžemė, uolinė planeta, daug didesnė už Žemę, bet mažesnė už Neptūną, kuri skrieja aplink savo žvaigždę vos 1,4 milijono mylių (0,015 AU) atstumu ir užbaigia visą orbitą. Mažiau nei per 18 valandų. (Merkurijus yra 25 kartus toliau nuo Saulės nei jo žvaigždė, 55 Cancri e). Ši sistema, kuriai taip pat priklauso keturios didelės dujinės milžiniškos planetos, yra maždaug 41 šviesmečio atstumu nuo Žemės, Vėžio žvaigždyne. Vaizdo kreditas: NASA, ESA, Kanados kosmoso agentūra, Ralphas Crawfordas (STScI)

Webb kosminis teleskopas užsimena apie galimą atmosferą aplink uolėtą egzoplanetą

Tyrėjai naudojasi NASA‘s James Webb kosminis teleskopas Jie galėjo aptikti atmosferos dujas, esančias aplink 55 Cancri e – karštą, uolėtą egzoplanetą, esančią 41 šviesmečio atstumu nuo Žemės. Tai kol kas geriausias įrodymas, kad bet kuri uolinė planeta už mūsų Saulės sistemos ribų turi atmosferą.

Renew yra iš NASA reaktyvinio judėjimo laboratorijos (Reaktyvinio judėjimo laboratorija) Pasadenoje, Kalifornijoje, yra pagrindinis straipsnio, paskelbto gegužės 8 d., autorius gamta. „Web stumia egzoplanetų charakterizavimo ribas iki uolėtų planetų“, – sakė Hu. „Tai tikrai įgalina naują mokslą.

Super-Hot Earth 55 Cancri E

55 Cancri e, taip pat žinomas kaip Jansenas, yra viena iš penkių žinomų planetų, skriejančių aplink Saulę panašią žvaigždę 55 Cancri Vėžio žvaigždyne. Beveik dvigubai didesnio nei Žemės skersmens ir šiek tiek didesnio tankio planeta priskiriama superžemei: didesnė už Žemę ir mažesnė už Žemę. NeptūnasTikėtina, kad jų sudėtis yra panaši į mūsų saulės sistemos uolėtas planetas.

Tačiau 55 Cancri e apibūdinimas kaip „uolingas“ gali palikti klaidingą įspūdį. Planeta skrieja arti savo žvaigždės (apie 1,4 mln. mylių, arba 20/25 atstumo tarp Merkurijaus ir Saulės), o jos paviršius greičiausiai išsilydęs – burbuliuojantis magmos vandenynas. Esant tokiai siaurai orbitai, planeta taip pat tikriausiai yra užrakinta potvynių ir atoslūgių atžvilgiu – jos dienos pusė visada yra atsukta į žvaigždę, o naktinė – amžinoje tamsoje.

Nepaisant daugybės stebėjimų nuo tada, kai buvo aptiktas tranzitas 2011 m., kyla klausimas, ar 55 Cancri e turi atmosferą, ar net galėtų Vienas iš jų liko neatsakytas dėl aukštos temperatūros ir nuolatinio žvaigždžių spinduliuotės ir vėjų atakos iš jos žvaigždės.

„Dirbu šioje planetoje daugiau nei dešimtmetį“, – sakė Diana Dragomir, egzoplanetų tyrinėtoja iš Naujosios Meksikos universiteto ir tyrimo bendraautorė. „Buvo tikrai apmaudu, kad nė vienas iš mūsų gautų atsiliepimų nepadėjo išspręsti šių paslapčių. Džiaugiuosi, kad pagaliau turime keletą atsakymų!

Skirtingai nuo dujinių milžiniškų planetų atmosferų, kurias gana lengva aptikti ( Tai buvo atskleista pirmą kartą Pagal NASA Hablo kosminis teleskopas Daugiau nei du dešimtmečius) plonesnė, tankesnė atmosfera, supanti uolėtas planetas, liko nepastebima.

Ankstesni tyrimai su 55 Cancri e, naudojant NASA Spitzerio kosminio teleskopo, kuris jau nebenaudojamas, duomenis, parodė, kad yra didelė atmosfera, kurioje gausu lakiųjų medžiagų (žemėje randamų dujų pavidalo molekulių), tokių kaip deguonis, azotas ir anglies dioksidas. Tačiau mokslininkai negalėjo atmesti kitos galimybės: kad planeta yra tuščia, išskyrus trapią išgaravusių uolienų antklodę, kurioje gausu tokių elementų kaip silicis, geležis, aliuminis ir kalcis. „Planeta yra tokia karšta, kad dalis išlydytų uolienų turėjo išgaruoti“, – paaiškino Ho.

Ši šviesos kreivė rodo 55 Cancri sistemos ryškumo pokytį, kai uolinė planeta 55 Cancri e, artimiausia iš penkių žinomų sistemos planetų, juda už žvaigždės. Šis reiškinys žinomas kaip antrinis užtemimas.
Kai planeta yra netoli žvaigždės, teleskopą pasiekia vidutinė infraraudonoji šviesa iš žvaigždės ir planetos dienos pusės, todėl sistema atrodo ryškesnė. Kai planeta yra už žvaigždės, šviesa iš planetos blokuojama ir tik žvaigždės šviesa pasiekia teleskopą, dėl to sumažėja tariamasis ryškumas.
Astronomai gali atimti žvaigždės ryškumą iš bendro žvaigždės ir planetos ryškumo, kad apskaičiuotų, kiek infraraudonųjų spindulių sklinda iš planetos dienos. Tada jis naudojamas dienos temperatūrai apskaičiuoti ir nustatyti, ar planetoje yra atmosfera, ar ne.
Vaizdo kreditas: NASA, ESA, CSA, Josephas Olmstedas (STScI), Aaronas Belo-Aroffas (NASA-JPL)

Išmatuokite subtilius infraraudonųjų spindulių spalvų skirtumus

Norėdami atskirti dvi galimybes, komanda naudojo Webb NIRCam (beveik infraraudonųjų spindulių kamera) ir MIRI (vidutinio infraraudonųjų spindulių instrumentą), kad išmatuotų iš planetos sklindančią 4–12 mikronų infraraudonąją šviesą.

Nors Webbas negali tiesiogiai nufotografuoti 55 Cancri e, jis gali išmatuoti subtilius sistemos šviesos pokyčius, kai planeta skrieja aplink žvaigždę.

Atimdama šviesumą per antrinį užtemimą (žr. paveikslėlį aukščiau), kai planeta yra už žvaigždės (tik žvaigždžių šviesa), iš ryškumo, kai planeta yra prie pat žvaigždės (šviesa iš žvaigždės ir planetos kartu), komanda sugebėjo apskaičiuoti skirtingų bangų ilgių infraraudonųjų spindulių, sklindančių iš dienos planetos pusės, kiekį.

Šis metodas, žinomas kaip antrinė užtemimo spektroskopija, yra panašus į tą, kurį naudoja kitos tyrėjų grupės, ieškodamos atmosferos kitose uolinėse egzoplanetose, tokiose kaip TRAPPIST-1 b.

2022 m. lapkričio mėn. Webb NIRCam (Near Infrared Camera) ir MIRI (vidutinio infraraudonųjų spindulių prietaiso) 2023 m. kovo mėn. užfiksuotas šiluminės spinduliuotės spektras rodo skirtingų spinduliuojamų infraraudonųjų spindulių (x ašies) bangų ilgių ryškumą (y ašis). Prie milžiniškos egzoplanetos 55 Cancri e. Spektras rodo, kad planetą gali supti atmosfera, kurioje gausu anglies dioksido arba anglies monoksido ir kitų lakiųjų medžiagų, o ne tik išgaravusių uolienų.
Diagramoje palyginami NIRCam (oranžiniai taškai) ir MIRI (violetinės spalvos taškai) surinkti duomenys su dviem skirtingais modeliais. A modelis raudonai rodo, kaip turėtų atrodyti 55 Cancri e emisijos spektras, jei jo atmosfera būtų sudaryta iš garuojančių uolienų. Mėlynos spalvos B modelis rodo, kaip turėtų atrodyti emisijos spektras, jei planetoje būtų lakiųjų medžiagų turtinga atmosfera, kurią išspinduliuotų magmos vandenynas, kurio lakiųjų medžiagų kiekis panašus į Žemės mantiją. MIRI ir NIRCam duomenys atitinka nepastovią turtingą modelį.
Planetos skleidžiamos vidutinės infraraudonosios šviesos kiekis (MIRI) rodo, kad dienos temperatūra yra daug žemesnė, nei būtų, jei joje nebūtų atmosferos, kuri paskirstytų šilumą iš dienos pusės į naktį. Spektro kritimas tarp 4 ir 5 mikronų (NIRCam duomenys) gali būti paaiškintas tuo, kad atmosferoje esančios anglies monoksido arba anglies dioksido molekulės sugeria šiuos bangos ilgius.
Vaizdo kreditai: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI), Renew Ho (NASA-JPL), Aaronas Bello-Aroffas (NASA-JPL), Michaelas Changas (Čikagos universitetas), Mantas Žilinskas (SRON)

Šalčiau nei tikėtasi

Pirmasis požymis, kad 55 Cancri e gali turėti reikšmingą atmosferą, buvo gautas iš temperatūros matavimų, pagrįstų jo šilumine spinduliuote (žr. paveikslėlį aukščiau), arba šiluminę energiją, skleidžiamą infraraudonosios šviesos pavidalu. Jei planeta būtų padengta tamsia, išlydyta uoliena su plonu garintų uolienų šydu arba visai be atmosferos, dienos temperatūra turėtų būti apie 4000 laipsnių. F (~2200 laipsnių Celsijaus).

„Vietoj to, MIRI duomenys parodė santykinai žemą temperatūrą – apie 2800 laipsnių pagal Farenheitą. [~1540 degrees Celsius]Jis pasakė. „Tai labai stiprus požymis, kad energija paskirstoma iš dienos pusės į naktį, greičiausiai per nepastovią, turtingą atmosferą. Nors lavos srautai gali nešti šiek tiek šilumos į nakties pusę, jie negali jos pakankamai efektyviai perkelti, kad atsižvelgtų į vėsinantį poveikį.

Kai komanda pažvelgė į NIRCam duomenis, jie pamatė modelius, atitinkančius turtingą, nepastovią atmosferą.

„Matome įrodymų, kad spektras sumažėjo nuo 4 iki 5 mikronų, o mažiau šios šviesos pasiekia teleskopą“, – aiškino bendraautorius Aaronas Bello-Aroffas, taip pat iš NASA JPL. „Tai rodo, kad yra atmosfera, kurioje yra anglies monoksido arba anglies dioksido, kuris sugeria šiuos šviesos bangos ilgius.” Planeta, kurioje nėra atmosferos arba atmosfera susideda tik iš išgaravusių uolienų, neturėtų šios specifinės spektrinės savybės.

„Pastaruosius 10 metų praleidome modeliuodami skirtingus scenarijus, bandydami įsivaizduoti, kaip gali atrodyti šis pasaulis“, – sakė bendraautorė Yamila Miguel iš Leideno observatorijos ir Nyderlandų kosminių tyrimų instituto (SRON). „Pagaliau gausime patvirtinimą už mūsų neįkainojamą darbą!

Burbuliuojantis magmos vandenynas

Grupė mano, kad dujos, dengiančios 55 Cancri e, išlįs iš vidaus, o ne išliks nuo planetos susiformavimo. „Pagrindinė atmosfera jau seniai būtų išnykusi dėl aukštos temperatūros ir intensyvios žvaigždės spinduliuotės“, – sakė Bello-Arovas. „Tai bus antrinė atmosfera, kurią nuolat papildo magmos vandenynas, joje taip pat yra daug dujų.

Nors 55 Cancri e yra per karšta, kad būtų tinkama gyventi, mokslininkai mano, kad tai gali būti unikalus langas, leidžiantis ištirti atmosferos, paviršių ir uolinių planetų vidaus sąveiką ir galbūt suteikti informacijos apie ankstyvąsias Žemės sąlygas. VeneraIr MarsasKurį, kaip manoma, tolimoje praeityje dengė magmos vandenynai. „Galų gale mes norime suprasti, kokios sąlygos leidžia uolėtai planetai išlaikyti atmosferą, kurioje gausu dujų: tai būtina gyvenamosios planetos sudedamoji dalis“, – sakė Hu.

Šis tyrimas buvo atliktas kaip „General Observers“ (GO) Webb programos 1952 m. dalis. Šiuo metu analizuojami papildomi antrinio užtemimo stebėjimai iš 55 Cancri e.

Nuoroda: Renyu Hu, Aaronas Belo-Aroffas, Michaelas Zhangas, Kimberly Paragasas, Mantas Zilinskas, Christianas van Botchemas, Michaelas Pace’as, Jayeshilas Patelis, Yuichi Ito, Mario Damiano, Markusas Shusheris „Antrinė atmosfera uolėtoje egzoplanetoje 55 Cancri e“. , Apoorva V. Oza, Heather A. Knutsonas, Yamila Miguel, Diana Dragomir, Alexis Brandeckeris ir Bryce’as Olivier Demauri, 2024 m. gegužės 8 d. gamta.
doi: 10.1038/s41586-024-07432-x

James Webb kosminis teleskopas yra pirmaujanti pasaulyje kosmoso mokslo observatorija. Webbas sprendžia mūsų saulės sistemos paslaptis, žvelgia už tolimų pasaulių aplink kitas žvaigždes ir tyrinėja paslaptingas mūsų visatos struktūras ir kilmę bei mūsų vietą joje. WEB yra tarptautinė programa, kuriai vadovauja NASA kartu su partneriais Europos kosmoso agentūra (ESA).Europos kosmoso agentūra) ir Kanados kosmoso agentūra.