Blogg

En exoplanet så varm att det finns 7 olika typer av gasformiga metaller i sin atmosfär

Sökandet efter exoplaneter har avslöjat typer av planeter som inte liknar världarna i vårt eget solsystem. En sådan typ är het-Jupiter . De är gasjättar som Jupiter som kretsar mycket nära deras värdstjärna. Den närheten höjer deras temperaturer till extrema höjder.

Hot-Jupiters kan vara tillräckligt varma för att förånga metaller, vilket gör deras atmosfär ojordlik. Ett team av astronomer som undersöker en exoplanet har hittat 7 olika gasformiga metaller i dess atmosfär.

Astronomer upptäckte den heta Jupiter Wasp-121b år 2015. Det är cirka 850 ljusår bort i stjärnbilden Puppis. Dess massa är cirka 1,18 gånger större än Jupiters och dess radie är cirka 1,81 gånger större än Jupiters. Exoplaneten är cirka 40 gånger närmare sin stjärna än jorden är solen, och den kretsar runt sin stjärna på bara 1,27 dagar.

Astronomer har studerat planetens atmosfär sedan dess upptäckt. Det var bland annat den första exoplaneten som hittades med vattenånga i sin stratosfär. Den extremt höga temperaturen i dess övre atmosfär gör att flera metaller också förångas.

Uppsatsen som presenterar dessa resultat har titeln ' Heta exoplanetatmosfärer lösta med transitspektroskopi (HJÄRTA) IV. En spektral inventering av atomer och molekyler i det högupplösta transmissionsspektrumet av WASP-121b .” Huvudförfattare är Jens Hoeijmakers, postdoktor vid National Centre of Competence in Research PlanetS vid universiteten i Bern och Genève. Den nya studien publiceras i tidskriften Astronomy and Astrophysics.

'Med samma teknik som vi använder idag, istället för att bara upptäcka signaturer av gasformigt järn eller vanadin, kommer vi att kunna fokusera på biosignaturer, livstecken som signaturer av vatten, syre och metan.'



Huvudförfattare Jens Hoeijmakers, postdoktor vid National Centre of Competence in Research PlanetS vid universiteten i Bern och Genève.
The Puppis Constellation. Av IAU och Sky & Telescope magazine (Roger Sinnott & Rick Fienberg) - [1], CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15412181

The Puppis Constellation. Av IAU och Sky & Telescope magazine (Roger Sinnott & Rick Fienberg) – [1], CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15412181

Wasp-121b kan nå temperaturer på mellan 2500 till 3000 grader Celsius (4500 till 5400 F.) På grund av dessa extrema temperaturer anser astronomer att exoplaneten är en främsta kandidat för att studera dessa ultraheta planeter. I de tidigare dagarna av exoplanetforskning trodde astronomer att dessa blåsor i varma världar skulle ha relativt enkla atmosfärer eftersom den extrema värmen förbjöd bildandet av många komplexa kemiska föreningar.

Det förändrades när forskare upptäckte vanadin i 121bs atmosfär.

'Till min förvåning hittade vi faktiskt starka signaturer av vanadin i observationerna.'

LEDANDE FÖRFATTARE JENS HOEIJMAKERS, POST-DOKTORAL FORSKNING VID NATIONELLA CENTRUM FÖR KOMPETENS INOM FORSKNINGSPLANETER VID UNIVERSITETEN I BERN OCH GENEVE.

'De tidigare studierna visade att det händer mycket i dess atmosfär,' sa huvudförfattaren Hoeijmakers i en pressmeddelande . Forskare tillskrev planetens atmosfäriska komplexitet till närvaron av vanadin, men alla var inte övertygade. 'Tidigare studier försökte förklara dessa komplexa observationer med teorier som inte verkade rimliga för mig,' sa Hoeijmakers. Han trodde att vanadin inte kunde vara ansvarigt, och närvaron av en annan metall som titan var nödvändig.

En illustration av en het Jupiter som kretsar nära sin stjärna. Bildkredit: ESA/ATG medialab, CC BY-SA 3.0 IGO

Hoeijmakers och hans kollegor bestämde sig för att titta djupare. De undersökte data från HARPS Hög noggrannhet Radiell hastighet Planet Searcher . HARPS är en spektrograf vid ESO:s La Silla-observatorium i den chilenska Atacamaöknen.

'Men det visade sig att de hade rätt', medger Hoeijmakers otvetydigt och syftar på tidigare forskare som pekade på vanadin. 'Till min förvåning hittade vi faktiskt starka signaturer av vanadin i observationerna.' Men överraskningen slutade inte med vanadin.

HARPS kan undersöka sina mål med en mycket hög spektral upplösning. Teamet använde HARPS-data, och de undersökte och utvecklade också befintliga observationer från Hubble Space Telescope av WASP-121b. De fann att det finns minst sex andra gasformiga metaller i 121bs atmosfär vid sidan av vanadin: Järn, krom, kalcium, natrium, magnesium och nickel.

'Alla metaller förångades som ett resultat av de höga temperaturerna som rådde på WASP-121b', förklarar Hoeijmakers, 'och säkerställer att luften på exoplaneten bland annat består av förångade metaller.'

Astronomer har upptäckt förångade metaller i exoplanetatmosfärer tidigare. Exoplaneten WASP-76b upptäcktes 2013, och atmosfärisk forskning avslöjade bland annat förekomsten av järnregn. Det är tidvattenlåst till sin stjärna och dagsidan är tillräckligt varm för att förånga järn, som sedan faller som regn efter att det kondenseras i den svalare nattsidan.

Verk av serietecknaren Frederik Peeters i Genève: «Singing in the Iron Rain: An Evening on WASP-76b». (Detaljer – © Frederik Peeters)

Men WASP-121b är annorlunda. Det är inte bara dess metalliska atmosfär som är ovanlig. Planeten är så nära sin stjärna att den sträcks ut till en fotbollsform. Atmosfären är ur jämvikt, och några av metallångorna som forskarna identifierade släpps ut i rymden när den förlorar sin atmosfär. Det är troligt att planeten själv slits isär.

I en separat pressmeddelande från NASA sa forskaren David Sing vid Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, 'Tungmetallerna flyr delvis på grund av att planeten är så stor och svullnad att dess gravitation är relativt svag. Det här är en planet som aktivt berövas sin atmosfär.'

'De heta Jupiter är mestadels gjorda av väte, och Hubble är mycket känslig för väte, så vi vet att dessa planeter kan förlora gasen relativt lätt,' sa Sing. 'Men i fallet med WASP-121b strömmar väte- och heliumgasen ut, nästan som en flod, och drar med sig dessa metaller. Det är en mycket effektiv mekanism för massförlust.'

Toppen av planetens atmosfär värms upp till flammande 4 600 grader Fahrenheit (2 500 Celsius), tillräckligt varmt för att koka vissa metaller. Bildkredit: NASA, ESA och G. Bacon (STSci)

Astronomer har hittat tusentals exoplaneter, och nu blir vi bättre och bättre på att studera dem. Och framtiden lovar ännu fler exoplanetstudier med teleskop som James Webb Space Telescope. Vi väntar fortfarande på att den ska lanseras, men andra uppdrag som ESA:s CHEOPS (Karakteriserar ExOPlanet Satellite) är redan upptagna med att samla in data.

'Efter år av katalogisering av vad som finns där ute tar vi nu inte längre bara mätningar.'

LEDANDE FÖRFATTARE JENS HOEIJMAKERS, POST-DOKTORAL FORSKNING VID NATIONELLA CENTRUM FÖR KOMPETENS INOM FORSKNINGSPLANETER VID UNIVERSITETEN I BERN OCH GENEVE.

För huvudförfattaren Hoeijmakers är dessa studieresultat betydande inte bara för WASP-121b, utan för området exoplanetforskning i allmänhet. 'Med samma teknik som vi använder idag, istället för att bara upptäcka signaturer av gasformigt järn eller vanadin, kommer vi att kunna fokusera på biosignaturer, livstecken som signaturer av vatten, syre och metan', säger Hoeijmakers.

'Efter år av katalogisering av vad som finns där ute tar vi nu inte längre bara mätningar', förklarar forskaren, 'men vi börjar verkligen förstå vad data från instrumenten visar oss. Hur planeter liknar och skiljer sig från varandra. På samma sätt kanske som Charles Darwin började utveckla evolutionsteorin efter att ha karaktäriserat otaliga djurarter, börjar vi förstå mer om hur dessa exoplaneter bildades och hur de fungerar.”

Den här konstnärens syn visar den heta Jupiter-exoplaneten 51 Pegasi b, ibland kallad Bellerophon, som kretsar runt en stjärna cirka 50 ljusår från jorden i den norra konstellationen Pegasus (Den bevingade hästen). Detta var den första exoplaneten runt en normal stjärna som hittades 1995. Tjugo år senare var detta objekt också den första exoplaneten som direkt detekterades spektroskopiskt i synligt ljus. Bildkredit: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)

Det var bara 25 år sedan som astronomer upptäckte den första exoplaneten, 51 Pegasi f . Före den upptäckten var det mest upp till science fiction att beskriva planeter i andra solsystem, medan de väntade på att verklig vetenskap skulle komma ikapp. Sci-fi-författare gjorde ett beundransvärt jobb, men nu är vetenskapen ikapp.

Om Hoeijmakers kommentar om Darwin är korrekt, så kan vi en dag ha en mycket mer komplett taxonomi av exoplaneter. Istället för användbara men vaga termer som 'hot-Jupiter', som beskriver grunderna men överskuggar många detaljer, kan vi ha ett mycket bättre definierat system av namn och klassificeringar.

Vi ses i framtiden.

Mer: