Na dzień 19 grudnia 2022 r. w 3908 układach potwierdzono 5227 planet pozasłonecznych, a ponad 9000 kolejnych oczekuje na potwierdzenie. Podczas gdy większość z tych planet to gazowe olbrzymy wielkości Jowisza lub Neptuna lub planety skaliste wielokrotnie większe od Ziemi (superziemie), statystycznie istotna liczba to planety, na których woda stanowi znaczną część ich masy – tzw. „wodne światy”. Te planety nie przypominają niczego, co widzieliśmy w Układzie Słonecznym i rodzą kilka pytań dotyczących formowania się planet w naszej galaktyce.
W niedawnym badaniu międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z Instytutu Badań nad Exoplanetami (iREx) Uniwersytetu w Montrealu znalazł dowody na istnienie dwóch wodnych światów w jednym układzie planetarnym, oddalonym o około 218 lat świetlnych w konstelacji Lutni. Na podstawie ich gęstości zespół ustalił, że te egzoplanety (Kepler-138c i Kepler-138d) są lżejsze niż skaliste planety „podobne do Ziemi”, ale cięższe niż planety zdominowane przez gaz. Odkrycia dokonano na podstawie danych z nieczynnego już Kosmicznego Teleskopu Spitzera i Kosmicznego Teleskopu Hubble’a .
Zespołem kierowała Caroline Piaulet , naukowiec i dr. kandydatka z iREx, w ramach doktoratu. Praca dyplomowa. Dołączył do niej profesor astrofizyki Björn Benneke , jej doktorant. doradca w iREx oraz badacze z Instytutu Badań Kosmicznych Austriackiej Akademii Nauk, Centrum Astrofizyki Obliczeniowej Instytutu Flatiron, Instytutu Nauki o Exoplanetach NASA (NExSci), Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard i wielu uniwersytetów. Artykuł opisujący ich odkrycia ukazał się niedawno w czasopiśmie Nature Astronomy.
Podczas jej stażu w iREx, praca Piaulet polegała na wykorzystaniu danych spektroskopii tranzytowej i zaćmieniowej uzyskanych przez Spitzera, Hubble’a i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) w celu określenia składu egzoplanet średniej wielkości – znajdujących się między Ziemią a Neptunem pod względem rozmiar. To tam znajdują się wodne światy, planety, które są masywniejsze od Ziemi, ale mają wielokrotnie większą objętość – co oznacza, że mają znacznie mniejszą gęstość. Jak wyjaśnił Benneke w niedawnym komunikacie prasowym NASA :
Egzoplanety omawiane w tym badaniu zostały wcześniej odkryte w 2014 roku przez Kosmiczny Teleskop Keplera przy użyciu metody tranzytowej , który wykrył również trzecią egzoplanetę (Kepler-198b) krążącą bliżej gwiazdy. W latach 2014-2016 Benneke i jego koleżanka Diana Dragomir (University of New Mexico) wpadli na pomysł obserwacji układu planetarnego za pomocą Hubble’a i Spitzera w celu poszukiwania większej liczby tranzytów Keplera-138d w celu zbadania jego atmosfery. Wraz z Piauletem zespół był w stanie ograniczyć rozmiar Kepler-198c i d na podstawie 13 obserwacji tranzytu wykonanych przez Hubble’a i Spitzera .
Zostały one połączone z nowymi pomiarami prędkości radialnej gwiazdy macierzystej wykonanymi za pomocą spektrometru Echelle o wysokiej rozdzielczości (HIRES) w Obserwatorium WM Keck . To pozwoliło zespołowi ograniczyć rozmiar i masę Kepler-198c i d, co doprowadziło ich do oszacowania wielkości około dwóch mas Ziemi, co sugeruje, że są to „super-ziemie”. Odkrycia te wskazują również, że Kepler-198c i d są „bliźniaczymi” planetami, o praktycznie tej samej wielkości i masie – zaprzeczając wcześniejszym szacunkom, że były one radykalnie różne.
Jednak ich szacunki wskazują również, że te egzoplanety mają mniej więcej trzy razy większą objętość niż Ziemia (co oznacza, że mają mniejszą gęstość). Doprowadziło to do wniosku, że nawet połowa ich objętości składa się z pierwiastków lotnych (z których najpowszechniejszym jest woda). Wyniki te były zaskakujące, ponieważ większość dotychczas szczegółowo zbadanych egzoplanet (nieco większych od Ziemi) wydawała się skalista. Według naukowców najbliższe porównanie dotyczyłoby niektórych lodowych księżyców w zewnętrznym Układzie Słonecznym (takich jak Europa, Enceladus, Ganimedes, Tytan itp.).
Ciała te składają się głównie z wody i innych substancji lotnych otaczających skalisto-metaliczne jądro, co prowadzi do przydomku „światy oceanów”. Podobnie „wodne światy” mogą nie mieć oceanów powierzchniowych, jak Ziemia, ale wewnętrzne oceany pod warstwą lodu powierzchniowego. Jak powiedział Piaulet :
Chociaż ani Kepler-138c, ani d nie znajdują się w strefie nadającej się do zamieszkania, zespół zauważył również dowody na istnienie czwartej planety w danych z Hubble’a i Spitzera! Ta nowo odkryta planeta (Kepler-138e) krąży dalej od swojej gwiazdy macierzystej, okrążając ją w ciągu 38 dni, i wydaje się być podobna rozmiarami do Marsa. Jednak charakterystyka tej planety pozostaje słabo ograniczona, ponieważ wydaje się, że nie przechodzi ona przez swoją gwiazdę macierzystą. Ale dzięki teleskopom nowej generacji, takim jak JWST i dostępnym bardziej czułym technikom, astronomowie prawdopodobnie znajdą więcej wodnych światów krążących dalej od swoich gwiazd.
Odkąd zaczął obserwować kosmos, JWST zademonstrował kluczową zdolność poprzez bezpośrednie obrazowanie egzoplanety HIP 65425b i uzyskiwanie widm z atmosfery WASP-39b. W tym drugim przypadku widma stanowiły pierwszy wyraźny dowód obecności dwutlenku węgla w atmosferze tej planety (uważanego za kluczowy biosygnatura). Pracując w iREx, Piaulet opracował również nową metodę ograniczania temperatur atmosferycznych egzoplanet na podstawie widm emisji, które uzyska JWST. Ta metoda pozwoli astronomom bezpośrednio zmierzyć kluczowy wskaźnik zamieszkiwalności planet.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
