I de senere årene har studiet av eksoplaneter uten atmosfære Den har tatt et stort sprang fremover takket være James Webb-romteleskopets muligheter. Det som en gang var enkle lyspunkter og grove estimater, begynner nå å bli et direkte portrett av dens steinete overflater, ekstreme temperaturer og hvordan den samhandler med stjernene sine.
De nyeste dataene innhentet av internasjonale forskerteam viser at noen av disse planetene, spesielt de som går i bane svært nær røde dvergstjernerDe har mistet så godt som alle spor av et gassformet skall. Dette atmosfæriske tomrommet forvandler dem til veritable kosmiske ovner på den ene siden og frosne ørkener på den andre, med klare implikasjoner for søket etter potensielt beboelige planeter i galaksen vår.
TRAPPIST-1 av TRAPPIST-1 c: bare overflater ved siden av en rød dverg
Et internasjonalt forskerteam har analysert eksoplaneter i detalj. TRAPPIST-1 av TRAPPIST-1 c ved hjelp av infrarøde muligheter til James Webb-romteleskopet. Hovedmålet har vært å måle den termiske emisjonen fra overflatene for å sjekke om det finnes en atmosfære som er i stand til å omfordele varme mellom dag og natt.
Observasjoner indikerer at varmen nesten utelukkende begrenses til den solbelyste siden av begge planetene, mens nattsiden knapt sender ut noen merkbar stråling. Denne sterke forskjellen mellom dag- og nattsiden er et veldig tydelig tegn på at Det er ingen tett atmosfære som transporterer energi gjennom vind eller global sirkulasjon, slik som skjer på jorden.
I en verden med et betydelig gasslignende skall jevner luft i bevegelse ut termiske kontraster, selv om planeten er tidevannslåst og alltid viser samme side mot stjernen sin. På TRAPPIST-1 byc peker imidlertid de ekstreme temperaturene som er målt på steinete overflater direkte eksponert for verdensrommetuten en gasspute for å dempe stråling og varmetap.
Teamet utelukker atmosfærer som kan sammenlignes med jordens, og antyder at hvis det finnes gass igjen rundt disse planetene, må det være usedvanlig braDette nesten totale fraværet av luft gjør TRAPPIST-1 til paradigmatiske eksempler på eksoplaneter uten atmosfære, formet av deres nærhet til stjernen sin og av intens stjernestråling som de mottar.
Dette resultatet er spesielt viktig fordi TRAPPIST-1 er en veldig aktiv rød dvergEn stjernetype som er svært rikelig forekommende i Melkeveien, og som i årevis har blitt ansett som en prioritet i søket etter beboelige planeter. Det faktum at de indre planetene har mistet så å si hele gassmembranen sin, forsterker hypotesen om at intens stråling og stjerneutbrudd kan ødelegge atmosfærene til planeter som går for tett i bane.
I spansk sammenheng følges disse fremskrittene nøye av universiteter og forskningssentre. I et nylig intervju sa professoren i astrofysikk ved Complutense-universitetet i Madrid, Jesús Gallego, analyserte nøyaktig viktigheten av disse James Webb-observasjonene på TRAPPIST-1 byc, og fremhevet hvordan de tillater direkte studier av tilstedeværelsen eller fraværet av atmosfærer på planeter av lignende størrelse som vår.
LHS 3844 b: en superjord uten luft og svidd av stjernen sin
En annen viktig sak i familien eksoplaneter uten atmosfære Det er LHS 3844 b, en steinplanet som ligger omtrent 48,5 lysår fra jorden og går i bane rundt en rød dvergstjerne. Det er en superjord, med en radius som er omtrent 30 % større enn jordens, og som fullfører en bane på bare 11 timer på grunn av ekstrem nærhet til stjernen sin.
Siden planeten er så nær, opplever den tidevannslåsing, slik at den alltid viser den samme halvkulen til stjernen. Denne dagsiden forblir permanent opplyst og når temperaturer på hundrevis av grader, mens nattsiden er hengende i permanent mørke og mye lavere temperaturer, uten luft til å fordele varmen.
Observasjoner gjort med James Webb-teleskopet har for første gang muliggjort oppdage lys som kommer direkte fra overflaten av denne steinete eksoplaneten. Det vitenskapelige teamet, ledet av Sebastian Zieba (Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian) og Laura Kreidberg (Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg), brukte flere sekundære formørkelser registrert mellom 2023 og 2024 for å isolere planetens lysstyrke fra stjernens lysstyrke.
I disse observasjonene målte James Webb-romteleskopets MIRI-instrument, som opererer i det midtre infrarøde området, strålingen som sendes ut av daghalvdelen i området 5 til 12 mikronTakket være dette spektralvinduet kunne forskere rekonstruere planetens termiske spektrum og sammenligne det med ulike modeller av kjente bergoverflater.
Analysen indikerer at LHS 3844 b mangler en merkbar atmosfære. Hvis det fantes et tett gassformet skall, ville spekteret vist signaler fra molekyler som CO₂ eller SO₂samt en mer effektiv varmefordeling. Dataene avslører imidlertid ikke betydelige spor av disse flyktige forbindelsene og peker mot en nesten fullstendig bar verden, med varmen konsentrert på den solbelyste siden.
Geologien til en ekstrem verden: hva lyset fra LHS 3844 b forteller oss
I tillegg til å bekrefte fraværet av en atmosfære, gir det termiske spekteret til LHS 3844 b ledetråder om selve atmosfæren. sammensetningen av den steinete overflatenForskerne sammenlignet observasjonene med forskjellige typer planetarisk skorpe, fra silikatrike overflater som ligner på jordens til mørkere terreng som Merkur eller Månen.
Resultatene utelukker en skorpe som ligner på jordens, dominert av lette silikater som granitt, som vanligvis er assosiert med langvarig tektonisk aktivitet og tilstedeværelse av vann over lange perioder. I stedet passer spekteret bedre med basaltmaterialer og mørke mineraler, med trekk som minner om månehav eller overflaten av Merkurs.
Teamet foreslår to hovedscenarier for å forklare dette mørke utseendet. På den ene siden er det mulig at overflaten er dominert av nylig basalt av vulkansk opprinnelseDette kan være et resultat av utbrudd som fornyet terrenget relativt nylig på en geologisk tidsskala. Alternativt kan det være en veldig gammel jordskorpe, dekket av regolitt og modifisert av milliarder av år med mikrometeorittnedslag og stjernestråling.
Fraværet av klare tegn på vulkanske gasser, som svoveldioksid eller karbondioksid, gjør imidlertid hypotesen om en aktiv vulkanisme er mindre sannsynlig. I stedet får ideen om en overflate som er eldet og mørklagt av såkalt romforvitring fotfeste, en prosess som ligner på den som har mørklagt bergartene på Månen og Merkur over tid.
De estimerte temperaturene på daghalvdelen av LHS 3844 b er rundt 1.000 Kelvinmer enn nok til å smelte metaller som bly. Denne verdien, kombinert med tidevannslåsing og mangelen på en atmosfære, gjør planeten til et naturlig laboratorium for å studere i hvilken grad strålingen fra en rød dverg bokstavelig talt kan koke overflaten av en steinete verden.
Utover den spektakulære naturen til disse tallene, er den viktigste bragden at det vitenskapelige samfunnet for første gang har klart beskrive geologien til en eksoplanet direkte, uten å bare stole på atmosfæriske modeller eller estimater av gjennomsnittlig tetthet. Nå kan selve steinen analyseres, noe som åpner døren for mer presise sammenligninger av mangfoldet av planetoverflater utenfor solsystemet.
Hvordan James Webb-romteleskopet avslører eksoplaneter uten atmosfærer
James Webb-romteleskopets evne til å studere eksoplaneter uten atmosfærer er avhengig av svært sofistikerte teknikker for å analysere lysstyrken til stjernesystemer. En av de viktigste er... sekundær formørkelsesspektroskopisom består av å måle hvordan den totale lysmengden varierer når planeten passerer bak stjernen sin sett fra jorden.
Når det gjelder LHS 3844 b, observerte teamet flere av disse formørkelsene mellom 2023 og 2024. Nøkkelen er å sammenligne systemets lysstyrke når planeten er synlig med lysstyrken når den er skjult bak stjernen. Forskjellen mellom de to målingene tilsvarer planetens termiske utslipp, som kan deles ned i forskjellige bølgelengder takket være instrumentene til James Webb.
Når en eksoplanet ikke har noen atmosfære eller en veldig tynn en, kommer mesteparten av strålingen som oppdages i infrarødt lys fra dens varm, fast overflateDerfor er området på 5 til 12 mikron som dekkes av MIRI så verdifullt: det lar oss fange den termiske signaturen til forskjellige mineraler, noe som var umulig å oppnå med tidligere teleskoper for så små og fjerne kloder.
Noe lignende skjer med TRAPPIST-1 byc, selv om det i det systemet har vært mer fokus på varmefordeling mellom dag- og natthalvkulene. I begge tilfeller ekstreme temperaturkontraster Registreringene peker mot samme konklusjon: uten et lag med gasser for å omfordele energien, overopphetes siden som er eksponert for stjernen, og den motsatte siden kjøles ned for mye.
Inntil relativt nylig kunne steinplaneter utenfor solsystemet bare karakteriseres av tre grunnleggende parametere: masse, radius og gjennomsnittlig tetthetMed James Webb-romteleskopet har vi gått et skritt videre og kan bestemme om de har en atmosfære, hvordan overflaten deres er, og hvilke geologiske prosesser som kan være aktive eller ha pågått tidligere.
Hva innebærer disse verdenene uten atmosfære for beboelighet?
Verken LHS 3844 b eller de indre planetene i TRAPPIST-1-systemet er beboelige kandidater. ekstreme temperaturerMangelen på atmosfære og kontinuerlig eksponering for stråling fra stjernene deres plasserer dem utenfor ethvert rimelig scenario for liv slik vi kjenner det. Studiet av disse stjernene er imidlertid nøkkelen til å forstå hvilke forhold som ødelegger eller bevarer gassformede konvolutter.
Eksempler på eksoplaneter uten atmosfære som går i bane svært nær røde dverger forsterker ideen om at disse himmellegemene, til tross for at de er de mest tallrike i galaksen, kan være fiendtlig innstilt til steinete verdener ligger i svært indre baner. Hyppige utbrudd, intense stjernevinder og høyenergistråling kan erodere og spre atmosfæren til overflaten er fullstendig eksponert.
I motsetning til dette er andre eksoplaneter observert av James Webb-romteleskopet, som f.eks. K2-18bDisse planetene viser tegn til karbonholdige molekyler i sitt atmosfæriske spektrum, noe som tyder på tilstedeværelsen av en tettere gassformet konvolutt. Slike verdener, som ligger i mer moderate avstander fra stjernen sin, viser at ikke alle planeter rundt røde dverger mister atmosfæren sin, selv om balansen virker delikat.
Innenfor selve TRAPPIST-1-systemet er noen planeter som befinner seg noe lenger fra stjernen, som for eksempel TRAPPIST-1 eDisse planetene anses fortsatt som interessante kandidater fra et beboelighetssynspunkt. Pågående observasjoner med James Webb-romteleskopet tar sikte på å avgjøre om disse mellomliggende planetene har klart å beholde noe av atmosfæren sin til tross for stjerneaktivitet.
Denne mosaikken av tilfeller – fra svidde superjordarter uten atmosfære til tempererte planeter med påvisbar gass – hjelper det vitenskapelige samfunnet med å bedre definere hvor det er verdt det. se etter tegn til liv I fremtiden er det grunnleggende å kjenne til forholdene som atmosfæren opprettholdes eller går tapt under for å velge prioriterte mål for både James Webb-teleskopene og de kommende teleskopene som skal skytes opp i Europa og andre steder i verden.
Samlet sett tegner studiene av TRAPPIST-1 b, TRAPPIST-1 cy og LHS 3844 b et bilde der mange steinete eksoplaneter nær stjernene sine ender opp som atmosfæreløse verdener med bare overflater og ekstreme temperatursvingninger mellom dag og natt. Disse resultatene, som i stor grad er oppnådd takket være james webb romteleskop Og tett fulgt av det europeiske og spanske vitenskapelige samfunnet, omdefinerer de hva vi vet om utviklingen av steinete planeter og om i hvilken grad tapet av atmosfære markerer grensen mellom et potensielt beboelig miljø og en fullstendig fiendtlig kosmisk ørken.
