Föreställ dig en planet där det regnade järn. Låter omöjligt. Men på en avlägsen exoplanet, som är tidvattenlåst till sin stjärna, måste nattsidan brottas med ett järnregn.
Planeten heter WASP-76b och den är cirka 390 ljusår bort från oss i stjärnbilden Fiskarna. Den upptäcktes 2013, och det är den enda kända planeten som kretsar runt stjärnan WASP-76 . Det är en enorm planet, och dagtemperaturen kan nå 2 400 Celsius (4350 F), vilket är tillräckligt varmt för att inte bara smälta järn, utan för att dela molekyler till atomer.
'Man kan säga att den här planeten blir regnig på kvällen, förutom att det regnar järn.'
Professor David Ehrenreich, huvudförfattare.
En ny studie publicerad i Nature beskriver planetens järnregnsnatur. Studien har titeln ' Nattkondens av järn i en ultrahet jätte exoplanet .” Huvudförfattare är David Ehrenreich, professor vid institutionen för astronomi vid naturvetenskapliga fakulteten vid universitetet i Genève, Schweiz.
Planeten upptäcktes av WASP, den Vidvinkelsökning efter planeter . I en tidigare studie det identifierades som en bestrålad och uppblåst Heta Jupiter . Heta Jupiters är en klassificering av exoplaneter som liknar Jupiter, men som kretsar mycket nära sina värdstjärnor och har mycket höga yttemperaturer.
Konstnärens intryck av en 'het Jupiter', en gasjätte som kretsar runt solen på en bråkdel av avståndet mellan jorden och solen. Kredit: ESA/ATG medialab
Heta Jupiters är en exotisk planettyp, jämfört med planeterna i vårt solsystem. Men Wasp-76b är exotisk, även för en Hot Jupiter. 'Man kan säga att den här planeten blir regnig på kvällen, förutom att det regnar järn', säger Ehrenreich, första författaren till studien.
Denna upptäckt gjordes med UTTRYCKT instrument på European Southern Observatorys (ESO) Very Large Telescope (VLT). ESPRESSO står för Echelle SPectrograph för steniga exoplaneter och stabila spektroskopiska observationer. Det är en högupplöst spektrograf som kan arbeta med ljus från en enda av de fyra 8,2 meter teleskop som utgör VLT. Eller så kan den fungera med mer ljus, upp till alla fyra teleskopen på anläggningen.
De fyra enhetsteleskopen som utgör ESO:s Very Large Telescope, vid Paranal Observatory> Bild: Av ESO/H.H.Heyer [CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons
Den ovanliga planeten är tidvattenlåst till sin stjärna. Precis som vår måne är dess dagslängd densamma som dess år: det tar lika lång tid att kretsa runt sin stjärna som den gör för att fullborda en rotation. Och eftersom den är så nära sin stjärna leder detta till några konstiga och exotiska förhållanden, som vi knappast kan kalla väder.
Den stjärnvända sidan tar emot och enorma mängder insolering . Men i en Jekyll och Hyde twist är den andra sidan i mörker. Vad betyder det?
'Med andra ord, det regnar järn på nattsidan av denna extrema exoplanet.'
Christophe Lovis, Genèves universitet, ledande dataanalytiker på ESPRESSO
Det betyder att solsidan bakar i tillräckligt hög värme för att smälta järn, inte till vätska utan till ånga. Det betyder också att förångat järn blåser från den brännheta dagen till den mycket svalare nattsidan, där det faller som regn. Och ESPRESSO upptäckte denna ånga där kvällssidan och solsidan möts.
'Men överraskande ser vi inte järnånga på andra sidan planeten, på morgonen', säger Christophe Lovis, forskare vid UNIGE och ledande dataanalytiker på ESPRESSO. ”Slutsatsen är att järnet har kondenserats under natten. Med andra ord, det regnar järn på nattsidan av denna extrema exoplanet.'
ESPRESSO-instrumentet (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) samlar in ljuset från alla fyra 8,2-metersteleskopen i ESO:s Very Large Telescope i Chile. Den kombinerade ljusinsamlingsytan gör det till det största optiska teleskopet som finns. Bild: ESO/L. Calcada
Upptäckten om WASP-76bs järnregn går tillbaka till 2018, och de första observationerna som gjordes med ESPRESSO. Järnregnet, även om det är chockerande och ovanligt ur ett jordiskt perspektiv, är i linje med förutsägelser.
Planeter med extremt hög solinstrålning förutspås vara fria från moln och domineras av atomarter. På den mycket svalare nattsidan förväntas dessa arter rekombineras till molekyler. Det är mycket meningsfullt.
Men det har aldrig upptäckts tidigare.
I det här fallet upptäckte ESPRESSO den neutrala järnabsorptionssignalen, blåskiftad på den bakre extremiteten. I sin uppsats gör författarna det klart att detta 'kan förklaras av en kombination av planetarisk rotation och vind som blåser från den varma dagen.' Och å andra sidan, '... ingen signal kommer från nattsidan nära morgonterminatorn, som visar att atomärt järn inte absorberar stjärnljus där.'
Tidvattenlåsning är inte ovanlig. Till exempel är Pluto och dess måne Charon tidvattenlåsta till varandra, liksom jorden och månen. Kredit: NASA/JHUAPL/SwRI
Detta leder till den enda verkliga slutsatsen: 'Järn måste alltså kondensera under sin resa över nattsidan.'
WASP-76b och andra Hot Jupiters visar termiska faskurvor som antyder nattmoln. Författarna drar slutsatsen att 'På WASP-76b och liknande heta planeter kan dessa moln vara gjorda av järndroppar, eftersom flytande järn är det mest stabila högtemperaturjärnbärande kondensatet. Därför kan det bokstavligen regna järn på nattsidan av WASP-76b.”
ESPRESSO-instrumentet skapades ursprungligen som en metod för att upptäcka nya planeter och för att karakterisera kända. Men det har gjort så mycket mer.
”Vi trodde väldigt tidigt att vi kunde använda instrumentet inte bara för att upptäcka nya planeter, utan också för att karakterisera de som redan är kända. Men förrän 2018 insåg vi inte hur kraftfullt ESPRESSO verkligen var på detta område”, förklarar Francesco Pepe, professor vid institutionen för astronomi vid den naturvetenskapliga fakulteten vid UNIGE och huvudutredare för ESPRESSO-konsortiet.
'Tack vare denna teknik har vi nu ett helt nytt sätt att spåra klimatet för de mest extrema exoplaneterna', avslutar David Ehrenreich.