Potrzebne będą dalsze obserwacje, aby ustalić, czy egzoplaneta GJ 486 b ma atmosferę

Najczęstszymi gwiazdami we Wszechświecie są czerwone karły, co oznacza, że skaliste egzoplanety najprawdopodobniej krążą wokół takiej gwiazdy. Czerwone karły są chłodne, więc planeta musi przytulić je na ciasnej orbicie, aby pozostać wystarczająco ciepłym, aby potencjalnie posiadać wodę w stanie ciekłym (co oznacza, że znajduje się w strefie nadającej się do zamieszkania). Takie gwiazdy są również aktywne, szczególnie gdy są młode, emitując promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie, które może zniszczyć atmosfery planetarne. W rezultacie, ważnym otwartym pytaniem w astronomii jest to, czy skalista planeta może utrzymać lub przywrócić atmosferę w tak trudnym środowisku.

Aby odpowiedzieć na to pytanie, astronomowie wykorzystali Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do zbadania skalistej egzoplanety znanej jako GJ 486 b. Jest zbyt blisko swojej gwiazdy, aby znaleźć się w ekosferze, z temperaturą powierzchni około 800 stopni Fahrenheita (430 stopni Celsjusza). A jednak ich obserwacje za pomocą spektrografu bliskiej podczerwieni (NIRSpec) wykazują ślady pary wodnej. Jeśli para wodna jest związana z planetą, oznaczałoby to, że ma ona atmosferę pomimo wysokiej temperatury i bliskości swojej gwiazdy. Para wodna była już wcześniej widoczna na gazowych egzoplanetach, ale do tej pory nie wykryto ostatecznie żadnej atmosfery wokół skalistej egzoplanety. Zespół ostrzega jednak, że para wodna może znajdować się na samej gwieździe – w szczególności w chłodnych plamach gwiezdnych – a nie z planety.

Widzimy sygnał i prawie na pewno jest to spowodowane wodą. Ale nie możemy jeszcze powiedzieć, czy ta woda jest częścią atmosfery planety, co oznacza, że planeta ma atmosferę, czy też widzimy tylko sygnaturę wodną pochodzącą od gwiazdy.powiedziała Sarah Moran z University of Arizona w Tucson, główna autorka badania.

Para wodna w atmosferze na gorącej skalistej planecie stanowiłaby wielki przełom w nauce o egzoplanetach. Ale musimy być ostrożni i upewnić się, że gwiazda nie jest winowajcą.dodaje Kevin Stevenson z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory w Laurel w stanie Maryland, główny badacz program.

GJ 486 b jest około 30% większa od Ziemi i trzy razy masywniejsza, co oznacza, że jest skalistym światem o silniejszej grawitacji niż Ziemia. Okrąża czerwonego karła w niecałe 1,5 ziemskiego dnia. Oczekuje się, że będzie pływowo zamknięty, ze stałą stroną dzienną i stałą stroną nocną. GJ 486 b przechodzi swoją gwiazdę, przechodząc przed gwiazdą z naszego punktu widzenia. Jeśli ma atmosferę, to podczas tranzytu światło gwiazd filtrowałoby te gazy, odciskając odciski palców w świetle, które pozwalają astronomom rozszyfrować jego skład za pomocą techniki zwanej spektroskopią transmisyjną.

Zespół zaobserwował dwa tranzyty, każdy trwający około godziny. Następnie wykorzystali trzy różne metody do analizy danych wynikowych. Wyniki wszystkich trzech są spójne, ponieważ pokazują głównie płaskie widmo z intrygującym wzrostem przy najkrótszych długościach fal podczerwonych. Zespół przeprowadził modele komputerowe biorąc pod uwagę wiele różnych cząsteczek i doszedł do wniosku, że najbardziej prawdopodobnym źródłem sygnału była para wodna.

Podczas gdy para wodna może potencjalnie wskazywać na obecność atmosfery na GJ 486 b, równie prawdopodobnym wyjaśnieniem jest para wodna z gwiazdy. Co zaskakujące, nawet w naszym Słońcu para wodna może czasami istnieć w plamach słonecznych, ponieważ plamy te są bardzo chłodne w porównaniu z otaczającą powierzchnią gwiazdy. Gwiazda macierzysta GJ 486 b jest znacznie chłodniejsza niż Słońce, więc jeszcze więcej pary wodnej skoncentrowałoby się w jej plamach gwiezdnych. W rezultacie może stworzyć sygnał, który naśladuje atmosferę planetarną.

Nie zaobserwowaliśmy dowodów na to, że planeta przecina jakiekolwiek plamy gwiezdne podczas tranzytów. Ale to nie znaczy, że nie ma plam gdzie indziej na gwieździe. I to jest dokładnie ten fizyczny scenariusz, który wdrukowałby ten sygnał wody w dane i mógłby wyglądać jak atmosfera planetarna.wyjaśnia Ryan MacDonald z University of Michigan w Ann Arbor, jeden ze współautorów badania.

Oczekuje się, że atmosfera pary wodnej będzie stopniowo erodować z powodu ogrzewania gwiazd i napromieniowania. W rezultacie, jeśli atmosfera jest obecna, prawdopodobnie musiałaby być stale uzupełniana przez wulkany wyrzucające parę z wnętrza planety. Jeśli woda rzeczywiście znajduje się w atmosferze planety, potrzebne są dodatkowe obserwacje, aby zawęzić ilość wody.

Przyszłe obserwacje Webba mogą rzucić więcej światła na ten system. A nadchodzący program Webba użyje instrumentu średniej podczerwieni (MIRI) do obserwacji dziennej strony planety. Jeśli planeta nie ma atmosfery lub ma tylko cienką atmosferę, to oczekuje się, że najgorętsza część strony dziennej znajduje się bezpośrednio pod gwiazdą. Jeśli jednak najgorętszy punkt zostanie przesunięty, oznaczałoby to atmosferę, która może cyrkulować ciepło.

Ostatecznie, obserwacje w krótszych falach podczerwonych za pomocą innego instrumentu Webba, Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), będą potrzebne do rozróżnienia między atmosferą planety a scenariuszami plam gwiezdnych.

Łączy wiele instrumentów, które naprawdę określą, czy ta planeta ma atmosferę.powiedział Stevenson.