Jakten på exoplaneter har visat upp många fascinerande fallstudier. Undersökningar har till exempel visat på många 'heta Jupiters', gasjättar som liknar Jupiter i storlek men som kretsar mycket nära deras solar. Denna speciella typ av exoplanet har varit en källa till intresse för astronomer, främst för att deras existens utmanar konventionellt tänkande om var gasjättar kan existera i ett stjärnsystem.
Därav varför ett internationellt team ledd av forskare från Europeiska sydobservatoriet (ESO) använde Mycket stort teleskop (VLT) för att få en bättre titt på WASP-19b, en Hot Jupiter som ligger 815 ljusår från jorden. Under dessa observationer märkte de att planetens atmosfär innehöll spår av titanoxid , vilket gör detta till första gången som denna förening har upptäckts i atmosfären hos en gasjätte.
Studien som beskriver deras resultat, med titeln ' Detektering av titanoxid i atmosfären av en het Jupiter ', dök nyligen upp i vetenskapstidskriftenNatur.Leds av Elyar Sedaghati – en nyutexaminerad från Tekniska universitetet i Berlin och en stipendiat vid European Southern Observatory – laget använde data som samlats in av VLT-arrayen under ett år för att studera WASP-19b .
Liksom alla Hot Jupiters har WASP-19b ungefär samma massa som Jupiter och kretsar mycket nära sin sol. Faktum är att dess omloppsperiod är så kort – bara 19 timmar – att temperaturen i dess atmosfär beräknas nå så högt som 2273 K (2000 °C; 3632 °F). Det är över fyra gånger så varmt som Venus, där temperaturen är tillräckligt hög för att smälta bly! Faktum är att temperaturerna på WASP-19b är tillräckligt höga för att smälta silikatmineraler och platina!
Studien förlitade sig på Fokalreducerare/lågspridningsspektrograf 2 (FORS2) instrument på VLT, ett multi-mode optiskt instrument som kan utföra avbildning, spektroskopi och studier av polariserat ljus (polarimetri). Med hjälp av FORS2 observerade teamet planeten när den passerade framför sin stjärna (aka. gjorde en transitering), vilket avslöjade värdefulla spektra från dess atmosfär.
Efter att noggrant ha analyserat ljuset som passerade genom dess disiga moln, blev teamet förvånade över att hitta spårmängder av titanoxid (liksom natrium och vatten). Som Elyar Sedaghati, som tillbringade två år som student med ESO för att arbeta med detta projekt, sa om upptäckten i en ES pressmeddelande :
'Att upptäcka sådana molekyler är dock ingen enkel bedrift.Vi behöver inte bara data av exceptionell kvalitet, utan vi behöver också utföra en sofistikerad analys. Vi använde en algoritm som utforskar många miljoner spektra som spänner över ett brett spektrum av kemiska sammansättningar, temperaturer och moln- eller disegenskaper för att dra våra slutsatser.'
Titanoxid är en mycket sällsynt förening som är känd för att existera i atmosfären av kalla stjärnor. I små mängder fungerar den som en värmeabsorbent, och är därför troligen delvis ansvarig för att WASP-19b upplever så höga temperaturer. I tillräckligt stora mängder kan det förhindra värme från att komma in i eller fly ut en atmosfär, vilket orsakar vad som kallas termisk inversion.
Detta är ett fenomen där temperaturen är högre i den övre atmosfären och lägre längre ner. På jorden spelar ozon en liknande roll, vilket orsakar en inversion av temperaturen i stratosfären. Men på gasjättar är detta motsatsen till vad som brukar hända. Medan Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus upplever kallare temperaturer i sina övre atmosfärer, är temperaturen mycket varmare närmare kärnan på grund av tryckökningar.
Teamet tror att närvaron av denna förening kan ha en betydande effekt på atmosfärens temperatur, struktur och cirkulation. Dessutom är det faktum att teamet kunde upptäcka denna förening (en första för exoplanetforskare) en indikation på hur exoplanetstudier uppnår nya detaljnivåer. Allt detta kommer sannolikt att ha en djupgående inverkan på framtida studier av exoplanetatmosfärer.
Studien hade inte heller varit möjlig om det inte vore för FORS2-instrumentet, som lagts till VLT-arrayen under de senaste åren. Som Henri Boffin, instrumentforskaren som ledde renoveringsprojektet, kommenterade :
'Denna viktiga upptäckt är resultatet av en renovering av FORS2-instrumentet som gjordes exakt för detta ändamål.Sedan dess har FORS2 blivit det bästa instrumentet för att utföra den här typen av studier från marken.'
Framöver är det tydligt att detektering av metalloxider och andra liknande ämnen i exoplanetatmosfärer också kommer att möjliggöra skapandet av bättre atmosfäriska modeller. Med dessa i handen kommer astronomer att kunna utföra mycket mer detaljerade och exakta studier av exoplanetatmosfärer, vilket gör att de med större säkerhet kan avgöra om någon av dem är beboelig eller inte.
Så även om den här senaste planeten inte har någon chans att försörja liv – skulle du ha bättre tur att hitta isbitar i Gobiöknen! – upptäckten kan hjälpa till att visa vägen mot beboeliga exoplaneter i framtiden. På steg närmare att hitta en värld som kan stödja liv, eller möjligen den svårfångade Earth 2.0!