Astronomer undersøger en mini-Neptunes atmosfære

Kunstnerens koncept om mini-Neptune-exoplanet GJ 3470 b transiterer eller passerer foran sin røde dværgstjerne. I den nye undersøgelse brugte astronomer transitter og formørkelser af exoplaneten til at få spektroskopiske data om eksoplanetets atmosfære. Billede via NASA / ESA / D. Afspiller / UdeMNouvelles.

Planeter mellem Jorden og Neptun i størrelse findes ikke i vores solsystem, men de ser ud til at være almindelige andre steder. De er en krydsning mellem vores solsystemes stenede jordiske planeter og dets isgiganter. Nu for første gang har astronomer været i stand til at analysere atmosfæren i en af ​​disse ”mellemstore” fjerne verdener, der er kendt som en klasse, som mini-Neptunes.

De peer-reviewede fund blev annonceret den 2. juli 2019 via Hubblesite og offentliggjort i tidsskriftet Nature Astronomy den 1. juli 2019.

Planeten er Gliese 3470 b, en mini-Neptun, der kredser om en rød dværgstjerne. Den vejer en beregnet 12, 6 jordmasse, hvilket gør den meget mere massiv end Jorden, men mindre massiv end Neptun i vores solsystem (17 jordmasser). Hvis placeret i vores solsystem, ville Gliese 3470 b passe fint mellem Jorden og Neptun med hensyn til størrelse. Man tror, ​​at planeten har en stor stenet kerne begravet under en dyb, knusende atmosfære af brint og helium.

Kunstnerens illustration af både atmosfæren og det indre af GJ 3470 b (øverst) såvel som hvordan systemet kan have set ud, da den rundt omskiftede affaldsdisk stadig eksisterede omkring stjernen (bunden). Billede via NASA / ESA / L. Hustak (STScI) / Hubblesite.

Takket være NASAs Hubble- og Spitzer-rumteleskoper kunne videnskabsmænd studere atmosfæren i Gliese 3470 b, første gang dette er gjort for en planet af denne type. Ifølge Bj rn Benneke ved University of Montreal i Canada:

Dette er en stor opdagelse fra planetdannelsesperspektivet. Planeten kredser meget tæt på stjernen og er langt mindre massiv end Jupiter - 318 gange Jordens masse - men har formået at hæve den primære brint / helium-atmosfære, der stort set er "uforurenet" af tungere elementer. Vi har ikke noget lignende i solsystemet, og det er det, der gør det slående.

Forskerne var i stand til at analysere sammensætningen af ​​atmosfæren ved at måle absorptionen af ​​stjernelys, da planeten passerede foran stjernen og derefter passerede bag stjernen. Når planeten bevæger sig foran stjernen, er det en transit, ligesom når vores sols indre planeter, Merkur eller Venus, kan ses at passere solen set fra Jorden. Når det bevæger sig bagpå, er det en formørkelse. Disse astronomer observerede i alt 12 transitter og 20 formørkelser, hvilket gav dem nok data til at analysere atmosfæren ved hjælp af spektroskopi (ved hjælp af lys til at bestemme de kemiske fingeraftryk af gasser i atmosfæren). Som Benneke sagde:

For første gang har vi en spektroskopisk signatur af en sådan verden.

Astronom Bjorn Benneke, via UdeMNouvelles.

Det viste sig også, at atmosfæren for det meste var klar med kun et par uklarheder, hvilket gjorde undersøgelsen af ​​dens sammensætning så meget lettere. Dette var lidt overraskende ifølge Benneke:

Vi forventede en atmosfære, der var stærkt beriget med tungere elementer som ilt og kulstof, der danner rigelig vanddamp og metangas, svarende til det, vi ser på Neptune. I stedet fandt vi en atmosfære, der er så dårlig i tunge elementer, at dens sammensætning ligner solens brint / heliumrige sammensætning. Hvis planeten var dannet længere fra stjernen, hvor vand og andre astronomiske is kan kondensere, ville vi have forventet at se mere vand og metan i atmosfæren.

Kunstnerens koncept, der viser størrelsessammenligning af GJ 3470 b og Jorden. Billede via Radialvelocity / Wikipedia / CC BY-SA 4.0.

Selvom der nu er flere oplysninger om planeten, er der stadig et spørgsmål om, hvordan den skal klassificeres, ifølge Bennek. Bør det kaldes en mini-Neptun som nævnt nu, eller rettere en superjord (større end Jorden, men mindre end en typisk mini-Neptun)?

Eller kunne denne planet svare til varme Jupiters, gigantiske planeter, der ligner Jupiter, men bane i nærheden af ​​deres stjerner? I modsætning til typiske hot Jupiters, som menes at danne langt ud fra deres stjerner og derefter migrere indad, mener Bennett, at Gliese 3470 b dannede lige hvor det kredser i dag. Han teoretiserer, at den først blev dannet som en tør stenet planet, som derefter hurtigt hævede brint fra den rundt omliggende gasskive og støv omkring stjernen, og at disken spredte sig, før planeten kunne blive større:

Vi ser et objekt, der var i stand til at hæve brint fra den protoplanetære disk, men ikke løb for at blive en varm Jupiter. Dette er et spændende regime. Planeten blev fast ved at være en sub-Neptun.

Gliese 3470 b er naturligvis blot et eksempel på en mellemstor planet, men at kende sammensætningen af ​​dens atmosfære hjælper astronomer med at forstå, hvordan disse unikke verdener dannede og udviklede sig, i det mindste i en generel forstand. Dette er vigtigt, da de ser ud til at være en af ​​de mest almindelige slags planeter derude.

Kunstnerens koncept om det kommende James Webb-rumteleskop. Det vil være i stand til at studere atmosfæren i Gliese 3470 b og andre exoplaneter mere detaljeret end nogensinde før. Billede via Northrop Grumman / Gizmodo.

Det vil også være interessant at se, hvordan mini-Neptunes adskiller sig fra super-Earths, som også er større end Jorden-størrelse planeter (0, 8 til 1, 25 Jorden-radier), men lidt mindre end mini-Neptunes (2 til 4 Jorden-radier ). De fleste super-earths menes at være stenede, og nogle af dem kan have globale oceaner på deres overflader, ifølge nyere forskning. Sammen med superjordene menes nu mini-Neptunerne at være den mest almindelige type planeter i vores galakse.

I den relativt nær fremtid vil det kommende James Webb-rumteleskop også kigge på Gliese 3470 b og studere dens atmosfære i endnu større detaljer ved at se det i infrarød bølgelængde. Astronomer vil observere transitter og formørkelser af GJ 3470 b ved lette bølgelængder, hvor de atmosfæriske uklarheder bliver mere og mere gennemsigtige.

Nederste linje: For første gang har astronomer analyseret atmosfæren i en mellemstor eksoplanet, der er væsentligt større end Jorden, men mindre end Neptun.

Kilde: En sub-Neptune-exoplanet med en metan-udtømt atmosfære med lav metallicitet og Mie-spredte skyer

Via Hubblesite

Via UdeMNouvelles