Der ute i verdensrommet er det et uvanlig eksoplanettnavn Gliese 3470 b (GJ 3470 f.Kr.) Det er en underlig verden, slags som en hybrid mellom Jorden og Neptun. Den har en steinete kjerne som Jorden, men er omgitt av en atmosfære laget av hydrogen og helium. Den kombinasjonen er ulikt noe i vårt eget solsystem.
Planeten kretser rundt en rød dvergstjerne kalt Gliese 3470, i stjernebildet Kreft. GJ 3470 b er omtrent 12,6 jordmasser, noe som betyr at det er omtrent halvveis mellom Jorden og Neptun i masse. (Neptun er omtrent 17 jordmasser.)
Takket være Kepler-oppdraget vet vi at det er mange eksoplaneter i dette massespekteret. Det er mulig at opptil 80% av planetene faller i dette området, selv om fremtidige eksoplanettoppdrag uten tvil vil tydeliggjøre det. Inntil nå har astronomer ikke sett godt på atmosfæren til en av disse planetene, og derfor er deres dannelse litt av et mysterium.
Hubble og Spitzer-romteleskopene har gått sammen for å se nærmere på atmosfæren til GJ 3470 b, og det er første gang astronomer har klart å identifisere det kjemiske fingeravtrykket til atmosfæren til en planet som denne. Det de fant, er at planeten har en nærmest uberørt, primordial atmosfære av hydrogen og helium, uten at det er noen tyngre elementer til stede.
Og det gir litt av et mysterium.
"Vi har ikke noe lignende i solsystemet, og det er det som gjør det slående."
Björn Benneke ved University of Montreal i Canada
Half Star, Half Planet?
GJ 3470 b, med sin atmosfære av hydrogen og helium, er mer som en stjerne enn en planet på noen måter. Vår egen sol er 73% hydrogen, og resten er nesten alt helium. Bare en liten del av solen er tyngre elementer som oksygen, neon, jern og karbon. Gassgigantene Jupiter og Saturn er stort sett hydrogen og helium, men de inneholder også andre forbindelser som metan og ammoniakk, samt tyngre elementer. Disse forbindelsene er nesten fraværende i GJ 3470 b.
“Dette er en stor oppdagelse fra planetformasjonsperspektivet. Planeten kretser veldig nær stjernen og er langt mindre massiv enn Jupiter - 318 ganger Jordens masse - men har klart å anskaffe den primære hydrogen / helium-atmosfæren som i stor grad er 'uforurenset' av tyngre elementer, sier Björn Benneke ved University of Montreal i Canada, i en NASA-pressemelding. "Vi har ikke noe lignende i solsystemet, og det er det som gjør det slående."
Astronomene bak dette arbeidet kombinerte multi-bølgelengdefunksjonene til begge romteleskopene for å få et godt blikk på GJ 3470 bs atmosfære. De gjorde det ved å måle opptaket av stjernelys da eksoplaneten passerte foran vertsstjernen. De målte også tapet av reflektert lys da eksoplaneten passerte etter stjernen. Til sammen observerte paret romteleskoper 12 transitter og 20 formørkelser.
Astronomer bruker spektroskopi for å identifisere de kjemiske fingeravtrykkene til hydrogen og helium i atmosfæren, og planetenes atmosfære gjorde alt dette mulig. Det er stort sett klart med veldig lite dis, noe som betyr at de klarte å se dypt inn i atmosfæren. "For første gang har vi en spektroskopisk signatur av en slik verden," sa Benneke.
Men den spektroskopien avslørte noe uventet. Astronomene trodde de ville finne en lignende kjemisk sammensetning som planeten Neptun, med tyngre elementer som oksygen og karbon. Men i stedet fant de en atmosfære som lignet sola.
"... vi fant en atmosfære som er så dårlig i tunge elementer at dens sammensetning ligner den hydrogen / heliumrike sammensetningen av sola."
BJÖRN BENNEKE AV UNIVERSITETET I MONTREAL I CANADA
"Vi forventet en atmosfære som var sterkt beriket med tyngre elementer som oksygen og karbon som danner rikelig vanndamp og metangass, på lik linje med det vi ser på Neptun," sa Benneke. "I stedet fant vi en atmosfære som er så dårlig i tunge elementer at sammensetningen ligner solens hydrogen / heliumrike sammensetning."
Piecing It Together
Nå som astronomer har fått et godt tak i eksoplanettens atmosfære, takket være den kombinerte kraften til Hubble og Spitzer-romteleskopene, kan de begynne å forstå hvordan denne oddballplaneten kan ha dannet seg.
GJ 3470 b er i skarp kontrast til andre eksoplaneter. Astronomer tror at andre eksoplaneter, for eksempel Hot Jupiters, dannes i stor avstand fra sola deres, og deretter vandrer innover. Men astronomer tror at denne eksoplaneten dannet seg veldig nær sin røde dvergstjerne, nær der den ligger i dag.
Den dannet seg sannsynligvis som en bitteliten steinete gjenstand, omgitt av midten av den protoplanetære disken, omtrent samtidig som stjernen dannet seg. Den ville ha samlet eller tilegnet seg atmosfæren av det samme urmaterialet på disken som stjernen dannet seg fra. Og det vil forklare hydrogen / helium-atmosfæren, og hvorfor den mangler tyngre elementer.
"Dette er en stor oppdagelse fra planetformasjonsperspektivet."
BJÖRN BENNEKE AV UNIVERSITETET I MONTREAL I CANADA
"Vi ser et objekt som var i stand til å akkumulere hydrogen fra den protoplanetære disken, men ikke løp for å bli en varm Jupiter," sa Benneke. "Dette er et spennende regime."
Det som kan ha skjedd, er at det fremdeles beskylder saken fra disken, men stjernen vokste raskere, og disken forsvant. Dette forhindret GJ 3470 b fra å bli større og bli mer som gassgigantene i solsystemet vårt, med tyngre elementer i atmosfæren.
Foreløpig er det her vår forståelse av dette spennende, oddball-exoplanet står. Men når James Webb romteleskopet (JWST) er oppe og går, vil det fortelle oss mer.
JWST er et kraftig romteleskop som kan se inn i det infrarøde med enestående følsomhet. Det vil kunne undersøke atmosfæren til GJ 3470 b og andre eksoplaneter, og avsløre ting som ennå ikke er sett. Spesielt vil den observere i bølgelengder som gjør tåpende dis nærmest gjennomsiktig.
Deretter vil vår forståelse av alle eksoplaneter, ikke bare denne, vokse i store sprang.
Kilder:
- Pressemelding: Atmosphere of Midsize Planet Revilled by Hubble, Spitzer
- Wikipedia: Gliese 3470 f. Ca.
- Spitzer romteleskop
