W kosmosie znajduje się niezwykła egzoplaneta Gliese 3470 b (GJ 3470 b.) To dziwny świat, coś w rodzaju hybrydy Ziemi i Neptuna. Ma skaliste jądro podobne do Ziemi, ale otoczone jest atmosferą złożoną z wodoru i helu. Ta kombinacja nie przypomina niczego w naszym Układzie Słonecznym.
Planeta okrąża gwiazdę czerwonego karła o nazwie Gliese 3470, w gwiazdozbiorze Raka. GJ 3470 b ma około 12,6 mas Ziemi, co oznacza, że jest mniej więcej w połowie drogi między Ziemią a Neptunem. (Neptun ma około 17 mas Ziemi).
Dzięki misji Kepler wiemy, że w tym zakresie mas istnieje wiele egzoplanet. Możliwe, że nawet 80% planet znajduje się w tym przedziale, choć przyszłe egzoplanety bez wątpienia to wyjaśnią. Do tej pory astronomowie nie mieli dobrego spojrzenia na atmosferę jednej z tych planet, więc ich formowanie jest nieco tajemnicą.
Teleskopy kosmiczne Hubble i Spitzer połączyły siły, aby przyjrzeć się bliżej atmosferze GJ 3470 b, i po raz pierwszy astronomowie byli w stanie zidentyfikować chemiczny odcisk palca atmosfery takiej planety. Odkryli, że planeta ma prawie nieskazitelną, pierwotną atmosferę wodoru i helu, bez obecności cięższych pierwiastków.
I to stanowi nieco tajemnicę.
„Nie mamy czegoś takiego w Układzie Słonecznym i to sprawia, że jest uderzający”.
Björn Benneke z University of Montreal w Kanadzie
Half Star, Half Planet?
GJ 3470 b, z atmosferą wodoru i helu, pod pewnymi względami bardziej przypomina gwiazdę niż planetę. Nasze własne Słońce składa się w 73% z wodoru, a reszta to prawie cały hel. Tylko niewielka część Słońca to cięższe pierwiastki, takie jak tlen, neon, żelazo i węgiel. Giganty gazowe Jowisz i Saturn to głównie wodór i hel, ale zawierają także inne związki, takie jak metan i amoniak, a także cięższe pierwiastki. Związki te są prawie nieobecne w GJ 3470b.
„To wielkie odkrycie z perspektywy formowania się planet. Planeta krąży bardzo blisko gwiazdy i jest znacznie mniej masywna niż Jowisz - 318 razy więcej niż masa Ziemi - ale udało jej się zaaklimatyzować pierwotną atmosferę wodoru / helu, która jest w dużej mierze „niezanieczyszczona” przez cięższe pierwiastki ”- powiedział Björn Benneke z University of Montreal w Kanadzie, w komunikacie prasowym NASA. „Nie mamy czegoś takiego w Układzie Słonecznym i to sprawia, że jest uderzający”.
Astronomowie stojący za tą pracą połączyli możliwości wielu długości fal obu teleskopów kosmicznych, aby dobrze przyjrzeć się atmosferze GJ 3470 b. Zrobili to, mierząc absorpcję światła gwiazd podczas tranzytu egzoplanety przed gwiazdą macierzystą. Zmierzyli również utratę światła odbitego, gdy egzoplaneta przechodziła za gwiazdą. W sumie para teleskopów kosmicznych zaobserwowała 12 tranzytów i 20 zaćmień.
Astronomowie używają spektroskopii do identyfikacji chemicznych odcisków palców wodoru i helu w atmosferze, a natura atmosfery planety umożliwiła to wszystko. Jest to w większości jasne z bardzo małą mgiełką, co oznacza, że byli w stanie spojrzeć głęboko w atmosferę. „Po raz pierwszy mamy spektroskopową sygnaturę takiego świata”, powiedział Benneke.
Ale ta spektroskopia ujawniła coś nieoczekiwanego. Astronomowie sądzili, że znajdą podobny skład chemiczny do planety Neptuna, z cięższymi pierwiastkami, takimi jak tlen i węgiel. Zamiast tego znaleźli atmosferę przypominającą Słońce.
„… Znaleźliśmy atmosferę tak ubogą w ciężkie pierwiastki, że jej skład przypomina bogatą w wodór / hel kompozycję Słońca”.
BJÖRN BENNEKE UNIWERSYTETU MONTREAL W KANADZIE
„Oczekiwaliśmy atmosfery silnie wzbogaconej w cięższe pierwiastki, takie jak tlen i węgiel, które tworzą obfite pary wodne i metan, podobnie jak w Neptunie” - powiedział Benneke. „Zamiast tego znaleźliśmy atmosferę, która jest tak uboga w ciężkie pierwiastki, że jej skład przypomina bogatą w wodór / hel kompozycję Słońca.”
Złożenie go razem
Teraz, gdy astronomowie dobrze opanowali atmosferę egzoplanety, dzięki połączonej mocy teleskopów Hubble i Spitzer, mogą zacząć rozumieć, jak mogła powstać ta dziwna planeta.
GJ 3470 b kontrastuje z innymi egzoplanetami. Astronomowie uważają, że inne egzoplanety, na przykład Gorące Jowiszowie, formują się w dużej odległości od Słońca, a następnie migrują do wewnątrz. Ale astronomowie uważają, że ta egzoplaneta uformowała się bardzo blisko swojej czerwonej gwiazdy karła, blisko miejsca, w którym obecnie się znajduje.
Najprawdopodobniej uformował się jako mały skalisty obiekt, uwięziony w środku dysku protoplanetarnego, mniej więcej w tym samym czasie, w którym powstała gwiazda. Swoją atmosferę zgromadziłby lub nagromadziłby z tego samego pierwotnego materiału w dysku, z którego utworzyła się gwiazda. To by tłumaczyło atmosferę wodoru / helu i dlaczego brakuje mu cięższych pierwiastków.
„To wielkie odkrycie z perspektywy formowania się planet”.
BJÖRN BENNEKE UNIWERSYTETU MONTREAL W KANADZIE
„Widzimy obiekt, który był w stanie wydalić wodór z dysku protoplanetarnego, ale nie uciekł, aby stać się gorącym Jowiszem” - powiedział Benneke. „To intrygujący reżim”.
Być może stało się tak, że nadal gromadziła materię z dysku, ale gwiazda rosła szybciej, a dysk się rozpraszał. Zapobiegło to powiększeniu GJ 3470 b i upodobnieniu się do gazowych gigantów w naszym Układzie Słonecznym, z cięższymi pierwiastkami w ich atmosferze.
Na razie to właśnie nasze rozumienie tej intrygującej, dziwacznej egzoplanety. Ale kiedy kosmiczny teleskop Jamesa Webba (JWST) zostanie uruchomiony, powie nam więcej.
JWST to potężny teleskop kosmiczny, który może widzieć w podczerwieni z niespotykaną czułością. Będzie w stanie zbadać atmosferę GJ 3470b i innych egzoplanet oraz odkryć rzeczy, których jeszcze nie widziano. W szczególności będzie obserwować na falach, które sprawiają, że zaciemniające się mgły stają się prawie przezroczyste.
Wtedy nasze zrozumienie wszystkich egzoplanet, nie tylko tej, będzie rosło w zawrotnym tempie.
Źródła:
- Informacja prasowa: Atmosfera planety średniej wielkości ujawniona przez Hubble'a, Spitzera
- Wikipedia: Gliese 3470 b
- Kosmiczny Teleskop Spitzera
