Helt siden den første eksoplaneten ble bekreftet i 1992, har astronomer funnet tusenvis av verdener utenfor vårt solsystem. Etter hvert som flere og flere funn skjedde hele tiden, har fokuset på eksoplanettforskning sakte begynt å skifte fra eksoplanettfunn til eksoplanettkarakterisering. I hovedsak ønsker forskere nå å bestemme sammensetningen av eksoplaneter for å avgjøre om de kan støtte livet eller ikke.
En sentral del av denne prosessen er å finne ut hvor mye vann som finnes på eksoplaneter, noe som er viktig for livet slik vi kjenner det. Under en fersk vitenskapelig konferanse presenterte et team av forskere ny forskning som indikerer at vann sannsynligvis vil være en viktig komponent av eksoplaneter som er mellom to til fire ganger så stor som jordens størrelse. Disse funnene vil ha alvorlige konsekvenser når det gjelder søken etter liv utenfor solsystemet vårt.
Forskningen ble gjenstand for en presentasjon med tittelen “Growth Model Interpretation of Planet Size Distribution”, som fant sted på Goldschmidt-konferansen 2018 i Boston. Under en sesjon med tittelen “Rollen til ekstrem atmosfærisk flukt fra varme eksoplaneter”, presenterte teamet funn som indikerte at vannverdener kan være vanligere enn tidligere antatt.
Disse funnene var basert på data fra Kepler romteleskop og Gaia misjon, som ble analysert av et internasjonalt team av forskere ledet av Dr Li Zeng - en forsker fra Harvard Universitys Institutt for jord- og planetervitenskap. Som de indikerte, Kepler oppdraget har nøyaktig målt radiene til over 4000 eksoplanettkandidater, sammen med deres orbitalperioder og andre parametere.
Disse eksoplanettkandidatene kan deles inn i to størrelseskategorier: de som har 1,5 ganger jordens radius, og de som gjennomsnittlig har rundt 2,5 jordradier. Kombinert med masse og nylige radiusmålinger fra Gaia misjon, var teamet i stand til å utvikle en modell av disse planetenes interne struktur. Mens planeter som faller i den førstnevnte kategorien antas å være steinete, antas de sistnevnte vanligvis å strekke seg fra superjordene til Neptunstore gassgiganter.
I følge modellen som er utviklet av Li og hans kolleger, kan imidlertid mange av de bekreftede eksoplaneter som er mellom to til fire ganger størrelsen på jorden faktisk være vannverdener. På disse planetene består omtrent 50% av massen av vann, mens vann utgjør bare 0,2% av jordas masse. Som Dr. Zeng forklarte under presentasjonen:
”Det var en stor overraskelse å innse at det må være så mange vannverdener ... Vi har sett på hvordan masse forholder seg til radius, og utviklet en modell som kan forklare forholdet. Modellen indikerer at de eksoplaneter som har en radius på rundt x1,5 Jordradius har en tendens til å være steinete planeter (av typisk x5 jordens masse), mens de med en radius på x2,5 Jordradius (med en masse rundt x10 jordens) er sannsynligvis vannverdener.
Imidlertid, når man tar i betraktning orbitalegenskapene til disse planetene (dvs. hvor tett de går i bane rundt sine respektive stjerner), begynner et veldig interessant bilde å dukke opp. Som Li forklarte, disse "vannverdenene" er ikke så mye steinete planeter som er dekket i dype hav, men en helt ny type planet som det ikke er noe tilsvarende i solsystemet.
“Dette er vann, men ikke så ofte vi finner her på jorden. Deres overflatetemperatur forventes å være i området 200 til 500 grader Celsius, ”sa han. ”Deres overflate kan være innhyllet i en vanndamp-dominert atmosfære, med et flytende vannlag under. Når vi beveger oss dypere, kan man forvente at dette vannet forvandles til høytrykks-is før vi når den faste steinete kjernen. Det fine med modellen er at den forklarer hvordan sammensetning forholder seg til de kjente fakta om disse planetene. ”
Kanskje enda mer overraskende var hvor vanlige disse planetene ser ut til å være. I følge studien deres indikerte Li og kollegene at omtrent 35% av alle kjente eksoplaneter som er større enn jorden, skulle være vannrike. Dessuten antyder de at de sannsynligvis dannet seg på en måte som ligner hvordan kjernene til gassgigantene antas å ha dannet seg - en steinete kjerne omgitt av lag med flyktig materiale som er solid dannet av trykk.
Naturligvis har denne oppdagelsen betydelige implikasjoner for når det gjelder leting etter liv utenfor solsystemet vårt. Til nå har ideen om at vann er viktig for livet slik vi kjenner det, vært en forhåndsavslutning for forskere. Men hvis denne undersøkelsen er riktig, ser det ut til at vann er langt mer rikelig med eksoplaneter enn tidligere, og kan være et hinder for livet slik vi kjenner det.
Hvis vannverdener faktisk består av varme, dampende atmosfærer og tette islag nærmere deres kjerner, ville det være vanskelig for livet å dukke opp på disse verdenene. I utgangspunktet vil den ekstreme varmen og mangelen på tilgang til tilstrekkelig sollys, hydrotermisk aktivitet og landmasser sørge for et ganske fiendtlig miljø. Likevel tilbyr studien noen spennende muligheter når det gjelder å karakterisere eksoplaneter og se hva som finnes der ute.
Ser på fremtiden, er Li og kollegene håpefulle at den nylig lanserte Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) vil finne mange flere av disse vannverdenene. Dette vil deretter bli fulgt opp av bakkebaserte teleskoper - og den snart skal lanseres James Webb romteleskop (JWST) - som vil gi spektroskopiske målinger som vil hjelpe forskere å karakterisere disse planetenes sammensetninger og atmosfærer.
Som professor Sara Seager, en professor i Planetary Science ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), og viseadministrerende direktør for TESS-oppdraget, sa:
”Det er utrolig å tenke at de gåtefulle eksoplaneter i mellomstørrelse kan være vannverdener med enorme mengder vann. Forhåpentligvis kan atmosfæreobservasjoner i fremtiden - av tykke dampatmosfærer - støtte eller tilbakevise de nye funnene. "
I mellomtiden er det fortsatt mange steinete verdener der ute som kan utforskes for tegn på liv!
