Extra-solar planetens funn har eksplodert de siste årene. Fra 1. august 2017 har astronomer faktisk identifisert 3.639 eksoplaneter i 2 729 planetariske systemer og 612 flere planetariske systemer. Og mens flertallet av disse er oppdaget av Kepler - som har oppdaget totalt 5017 kandidater og bekreftet eksistensen av 2449 eksoplaneter siden 2009 - har andre instrumenter også spilt en viktig rolle i disse funnene.
Dette inkluderer Hubble-romteleskopet, som de siste årene har vært dedikert til påvisning av atmosfærer rundt fjerne planeter. Senest ble den brukt i en undersøkelse som ga det sterkeste beviset hittil for at det eksisterer en stratosfære - et lag med atmosfære der temperaturen øker med høyden - rundt en gassgigant som ligger omtrent 900 lysår fra vårt solsystem.
Studien, med tittelen “En ultrahot gassgigantisk eksoplanett med en stratosfære”, dukket nylig opp i tidsskriftet Natur. Ledet av Thomas Evans, en stipendiat fra Astrophysics Group ved University of Exeter, stolte teamet på data levert av NASAs Hubble Space Telescope for å studere en planet kjent som WASP-121b, en gassgigant som går i bane rundt en gulhvit stjerne som er litt større enn vår egen.
Selve planeten har omtrent 1,2 ganger massen til Jupiter, har en radius som er omtrent 1,9 ganger Jupiter, og har en omløpstid på bare 1,3 dager. Dette skyldes sin nærhet til solen, noe som gjør den til en spesielt "Hot Jupiter". Hvis denne eksoplaneten var nærmere stjernen, anslås det faktisk at tyngdekraften til WASP-121 ville begynne å rive den fra hverandre.
Det er også denne nærheten som supervarmer planetens atmosfære, og fører temperaturer opp til 2500 ° C. Som Mark Marley, en forsker med NASAs Ames Research Center og en medforfatter på studien, indikerte i en pressemelding fra NASA:
"Dette resultatet er spennende fordi det viser at en vanlig egenskap for de fleste av atmosfærene i solsystemet vårt - en varm stratosfære - også kan finnes i eksoplanetatmosfærer. Vi kan nå sammenligne prosesser i eksoplanettatmosfærer med de samme prosessene som skjer under forskjellige betingelser i vårt eget solsystem. "
Mens Hubble tidligere har funnet mulige tegn på stratosfærer rundt WASP-33b og andre varme Jupitere, presenterer denne nye studien det sterkeste beviset hittil for eksistensen av en exoplanetstratosfære. Årsaken til dette har å gjøre med de spektrografiske dataene som er innhentet av Hubble fra WASP-121bs atmosfære, som indikerte tilstedeværelsen av vanndamp - som er en første for så vidt hot-Jupiters angår.
Som Tom Evans - også en stipendiat ved University of Exeter og hovedforfatteren på papiret - forklarte, bekreftet disse funnene noe som astronomer har mistenkt i en tid. "Teoretiske modeller har antydet at stratosfærer kan definere en distinkt klasse av ultra-varme planeter, med viktige implikasjoner for deres atmosfæriske fysikk og kjemi," sa han. "Våre observasjoner støtter dette bildet."
For å studere WASP-121bs stratosfæren, stolte teamet på spektroskopiske data samlet av Hubbles bredt feltkamera 3. Etter å ha analysert de forskjellige bølgelengdene som var en del av WASP-121bs lyskur, bemerket de at visse bølgelengder glød ganske lys i det infrarøde båndet. Dette, konkluderte de, skyldtes tilstedeværelsen av vanndamp på toppen av planetens atmosfære.
"Utslipp av lys fra vann betyr at temperaturen øker med høyden," sa Tiffany Kataria, en av medforfatterne til studien fra NASAs Jet Propulsion Laboratory. "Vi er glade for å utforske hvilke lengdegrader denne oppførselen vedvarer med kommende Hubble-observasjoner."
Utover å være den mest overbevisende saken så langt på en eksoplanett som har en stratosfære, er WASP-121b også interessant på grunn av hvor varm denne varme Jupiter er. Basert på dataene deres konkluderte teamet med at temperaturer i atmosfæren økte med høyden - et avgrensende kjennetegn på en stratosfære. I jordas stratosfære blir denne prosessen drevet av ozon, som fanger solens ultrafiolette lys og hever temperaturen i de omkringliggende molekylene.
Temperaturen på jordas stratosfære overstiger imidlertid ikke 270 K (-3 ° C; 26,6 ° F). Når man vurderer andre solplaneter som også har stratosfære - som Saturns måne Titan, som opplever oppvarming på grunn av samspill av solstråling, energiske partikler og metan - endres ikke temperaturene med mer enn 56 ° C. Men for WASP-121b øker temperaturene i stratosfæren med omtrent 560 ° C.
Ikke engang Venus, den hotteste planeten i solsystemet, kan konkurrere med det! På jordas "søsterplanet" forblir temperaturene stabile på rundt 735 K (462 ° C; 863 ° F), som er varm nok til å smelte bly. Men på WASP-121b når temperaturene over fire ganger så høye! Dette betyr at planetens atmosfære er varm nok til å smelte rustfritt stål og andre metaller - som beryllium, platina og zirkonium.
For tiden gjør ikke forskere nå hvilke kjemikalier som driver denne temperaturøkningen. Noen muligheter er imidlertid antydet, for eksempel vanadiumoksyd og titanoksyd. Ikke bare antas disse forbindelsene å være vanlige for brune dverger (også kalt "mislykkede stjerner", som har mye til felles med gassgiganter), de krever også de varmeste temperaturene som mulig for å holde dem i gassform.
I alle fall har denne fjerne gassgiganten vist seg å være en interessant casestudie. I fremtiden vil sannsynligvis forskning på denne og andre “super-hot Jupiters” utfordre og utvide vår nåværende forståelse av hvordan atmosfæriske former og oppfører seg over tid.
