UM-graduate student Isaac Malsky, en medforfatter av studien, kjørte tredimensjonale modeller for planeten, og testet modeller med og uten skyer og dis, for å se hvordan disse aerosolene former den termiske strukturen til planeten og hjelper til med å tolke dataene. Bildekreditt: NASA/JPL-Caltech/R. Vondt (IPAC).
I mer enn et tiår har astronomer forsøkt å se nærmere på GJ 1214b, en eksoplanet 40 lysår unna Jorden. Deres største hindring er et tykt lag med tåke som dekker planeten, skjermer den fra de utforskende øynene til romteleskoper og hindrer forsøk på å studere atmosfæren.
NASAs nye James Webb Space Telescope (JWST) løste det problemet. Teleskopets infrarøde teknologi lar det se planetariske objekter og funksjoner som tidligere var skjult av dis, skyer eller romstøv, og hjelper astronomer i deres søken etter beboelige planeter og tidlige galakser.
Et team av forskere brukte JWST til å observere atmosfæren til GJ 1214b ved å måle varmen den avgir mens den går i bane rundt vertsstjernen. Resultatene deres, publisert i tidsskriftet Nature 10. mai 2023, representerer første gang noen direkte har oppdaget lyset som sendes ut av en sub-Neptun-eksoplanet – en kategori av planeter som er større enn Jorden, men mindre enn Neptun.
Selv om GJ 1214b er altfor varmt til å være beboelig, oppdaget forskere at atmosfæren sannsynligvis inneholder vanndamp – muligens til og med betydelige mengder – og hovedsakelig består av molekyler som er tyngre enn hydrogen. University of Maryland førsteamanuensis i astronomi Eliza Kempton, hovedforfatter av studien, sa at funnene deres markerer et vendepunkt i studiet av sub-Neptun-planeter som GJ 1214b.
“Jeg har vært på en søken etter å forstå GJ 1214b i mer enn et tiår,” sa Kempton. “Da vi mottok dataene for denne artikkelen, kunne vi se lyset fra planeten bare forsvinne når den gikk bak vertsstjernen. Det hadde aldri før blitt sett for denne planeten eller for noen annen planet i sin klasse, så JWST er virkelig holder løftet sitt.”
Et “nytt lys”
Sub-Neptunes er den vanligste planettypen i Melkeveien, selv om ingen finnes i vårt solsystem. Til tross for den mørke atmosfæren til GJ 1214b, bestemte Kempton og hennes medforfattere at planeten fortsatt var deres beste sjanse til å observere en sub-Neptuns atmosfære på grunn av dens lyssterke, men lille vertsstjerne.
I papiret deres målte forskerne det infrarøde lyset som GJ 1214b sendte ut i løpet av omtrent 40 timer – tiden det tar planeten å gå i bane rundt sin stjerne. Når dag blir til natt, avhenger mengden varme som skifter fra den ene siden av en planet til den andre i stor grad av hva atmosfæren er laget av. Denne forskningsmetoden, kjent som en fasekurveobservasjon, åpnet et nytt vindu inn i planetens atmosfære.
“JWST opererer ved lengre bølgelengder av lys enn tidligere observatorier, noe som gir oss tilgang til varmen som sendes ut av planeten og lar oss lage et kart over planetens temperatur,” sa Kempton. “Vi fikk endelig se GJ 1214b i et nytt lys.”
Ved å måle bevegelsen og fluktuasjonen av varme, slo forskerne fast at GJ 1214b ikke har en atmosfære dominert av hydrogen.
Potensiell vannverden?
Spørsmålet om GJ 1214b inneholder vann har lenge interessert astronomer. Tidligere observasjoner fra NASAs Hubble-romteleskop antydet at GJ 1214b kunne være en vannverden – en løs betegnelse på enhver planet som inneholder en betydelig mengde vann.
De siste JWST-dataene avslørte spor av vann, metan eller en blanding av de to. Disse stoffene matcher en subtil absorpsjon av lys sett i bølgelengdeområdet observert av JWST. Ytterligere studier vil være nødvendig for å bestemme den nøyaktige sammensetningen av planetens atmosfære, men Kempton sa at bevisene forblir i samsvar med muligheten for store mengder vann.
“GJ 1214b, basert på våre observasjoner, kan være en vannverden,” sa Kempton. “Vi tror vi oppdager vanndamp, men det er utfordrende fordi vanndampabsorpsjon overlapper med metanabsorpsjon, så vi kan ikke si 100 % at vi oppdaget vanndamp og ikke metan. Vi ser imidlertid disse bevisene på begge halvkulene av planeten, som øker vår tillit til at det virkelig er vann der.”
Reflekterer over funnene
Forskerne gjorde en annen overraskende oppdagelse i sin studie: GJ 1214b er utrolig reflekterende. Planeten var ikke så varm som forventet, noe som forteller forskerne at noe i atmosfæren reflekterer lys.
Kempton sa at det er god plass for oppfølgingsstudier, inkludert de som tar en nærmere titt på aerosolene i stor høyde som danner disen – eller muligens skyene – i GJ 1214bs atmosfære. Tidligere trodde forskerne at det kunne være et mørkt, sotlignende stoff som absorberer lys. Oppdagelsen av at eksoplaneten er reflekterende reiser imidlertid nye spørsmål.
“Uansett hva som utgjør disene eller skyene er ikke det vi forventet. Det er lyst, det er reflekterende og det er forvirrende og overraskende,” sa Kempton. “Dette kommer til å peke oss mot mange videre studier for å prøve å forstå hva disse tåkene kan være.”
Mer informasjon:
Eliza Kempton et al., En reflekterende, metallrik atmosfære for GJ 1214b fra dens JWST-fasekurve, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06159-5. www.nature.com/articles/s41586-023-06159-5
Levert av University of Maryland
Sitering: Forskere måler lyset som sendes ut av en sub-Neptun-planets atmosfære for første gang (2023, 10. mai) hentet 10. mai 2023 fra https://phys.org/news/2023-05-emitted-sub-neptune-planet- atmosfære.html
Dette dokumentet er underlagt opphavsrett. Bortsett fra enhver rettferdig handel for formålet med private studier eller forskning, kan ingen del reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt for informasjonsformål.