Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) αποκάλυψε μια καμένη, άγονη «υπερ‑Γη» που μοιάζει περισσότερο με γιγάντιο Ερμή παρά με τον πλανήτη μας.
Χρησιμοποιώντας το MIRI (Mid-Infrared Instrument) του JWST, διεθνής ομάδα με επικεφαλής τον πρώην διδακτορικό φοιτητή του MPIA (Max Planck Institute for Astronomy, Χαϊδελβέργη, Γερμανία) Sebastian Zieba (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Κέιμπριτζ, ΗΠΑ) και τη Laura Kreidberg, διευθύντρια του MPIA και κύρια ερευνήτρια (PI) της μελέτης, διερεύνησε τη σύσταση της επιφάνειας του βραχώδους εξωπλανήτη LHS 3844 b. Πέρα από τις ατμόσφαιρες, η έρευνα στρέφεται στη γεωλογία πλανητών γύρω από άλλα άστρα, προσφέροντας βαθύτερη κατανόηση της φύσης τους. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο Nature Astronomy.
Η LHS 3844 b είναι ένας βραχώδης κόσμος περίπου 30% μεγαλύτερος από τη Γη, που περιφέρεται γύρω από έναν ψυχρό ερυθρό νάνο σε λίγο κάτω από 11 ώρες. Βρίσκεται εξαιρετικά κοντά στο άστρο του, σε απόσταση μόλις περίπου τριών διαμέτρων του άστρου από την επιφάνειά του. Ο πλανήτης είναι παλιρροϊκά κλειδωμένος: η μία πλευρά βλέπει μόνιμα το άστρο, ενώ η άλλη μένει στο σκοτάδι. Η ημέρα φτάνει κατά μέσο όρο τους περίπου 1000 Kelvin (περίπου 725 βαθμοί Κελσίου ή 1340 Φαρενάιτ). Το σύστημα απέχει 48,5 έτη φωτός (14,9 parsecs) από τη Γη.
«Χάρη στην εκπληκτική ευαισθησία του JWST, μπορούμε να ανιχνεύσουμε φως που έρχεται απευθείας από την επιφάνεια αυτού του μακρινού βραχώδους πλανήτη. Βλέπουμε έναν σκοτεινό, καυτό, άγονο βράχο, χωρίς καμία ατμόσφαιρα», δήλωσε η Laura Kreidberg, MPIA.
Η σκοτεινή του όψη υποδηλώνει ότι ίσως θυμίζει μια μεγεθυμένη εκδοχή της Σελήνης ή του Ερμή. Το συμπέρασμα προκύπτει από την ανάλυση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπει η καυτή ημερήσια πλευρά. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να απεικονίσουν άμεσα τον πλανήτη· μετρούν λεπτές μεταβολές στη φωτεινότητα από το συνδυασμένο φως άστρου και πλανήτη κατά την τροχία του.
Το MIRI εξέτασε εκπομπή υπερύθρου μεταξύ 5 και 12 μm, διασπώντας το φως σε μικρότερα διαστήματα μήκους κύματος και μετρώντας την ένταση σε καθένα. Έτσι προκύπτει ένα φάσμα, σαν «ουράνιο τόξο» που δείχνει πώς κατανέμεται το φως στα διαφορετικά μήκη κύματος. Προηγούμενες παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer πρόσθεσαν δεδομένα που ενίσχυσαν την ανάλυση.
Αποκλείεται φλοιός σαν της Γης
Η έρευνα στη γεωλογία εξωπλανητών βασίζεται στη γνώση από τη Γη και άλλα βραχώδη σώματα του Ηλιακού Συστήματος. Η ομάδα συνέκρινε τις παρατηρήσεις με υπολογιστικά μοντέλα και βιβλιοθήκες γνωστών πετρωμάτων και ορυκτών από τη Γη, τη Σελήνη και τον Άρη. Οι συγκρίσεις έδειξαν ότι η LHS 3844 b δεν διαθέτει φλοιό παρόμοιο με της Γης, που είναι συνήθως πλούσιος σε σιλιτικά ορυκτά όπως ο γρανίτης.
Το εύρημα δεν είναι απροσδόκητο, καθώς η Γη είναι μοναδική στο Ηλιακό Σύστημα για τέτοιο φλοιό. Ωστόσο, δίνει ενδείξεις για το παρελθόν του πλανήτη. Στη Γη, σιλιτικοί φλοιοί σχηματίζονται μέσω μακροχρόνιων διεργασιών που περιλαμβάνουν τεκτονική δραστηριότητα και συχνά απαιτούν νερό. Τα πετρώματα λιώνουν και ανακυκλώνονται επανειλημμένα, επιτρέποντας σε ελαφρύτερα υλικά να ανέλθουν και να σχηματίσουν φλοιό.
«Αφού η LHS 3844 b δεν διαθέτει τέτοιο σιλιτικό φλοιό, μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι η τεκτονική πλακών τύπου Γης δεν εφαρμόζεται σε αυτόν τον πλανήτη ή είναι αναποτελεσματική», λέει ο Sebastian Zieba. «Πιθανότατα ο πλανήτης περιέχει ελάχιστο νερό.»
Επιφάνεια πλούσια σε βασάλτη
Αντί για υλικό τύπου γρανίτη, τα δεδομένα παραπέμπουν σε επιφάνεια από βασάλτη ή υλικό παρόμοιο με μανδυακό πέτρωμα, ανάλογο με ηφαιστειακά πετρώματα στη Γη ή στη Σελήνη. Οι ερευνητές έκαναν λεπτομερή στατιστική σύγκριση ανάμεσα στο παρατηρηθέν φάσμα και διάφορα πιθανά μείγματα ορυκτών.
Διαπίστωσαν ότι εκτεταμένες περιοχές συμπαγούς βασάλτη ή μαγματικού πετρώματος ταιριάζουν καλύτερα με τα δεδομένα. Τα πετρώματα αυτά είναι πλούσια σε μαγνήσιο και σίδηρο και μπορεί να περιέχουν ορυκτά όπως ο ολιβίνης. Θραύσματα βράχων, όπως χαλίκια, επίσης ταιριάζουν ικανοποιητικά, ενώ τα πολύ λεπτά σκόνη ή κονιορτοποιημένο υλικό μόνο του δεν συμφωνεί με τις παρατηρήσεις λόγω της πιο λαμπρής εμφάνισής του.
Χωρίς ατμόσφαιρα να το προστατεύει, το σώμα δέχεται διαρκώς έντονη ακτινοβολία από το άστρο του και προσκρούσεις μετεωριτών. Αυτές οι διεργασίες διαβρώνουν σταδιακά τα πετρώματα και αλλάζουν την επιφάνεια.
«Αποδεικνύεται ότι οι διεργασίες αυτές δεν διαλύουν μόνο αργά τα σκληρά πετρώματα σε ρεγόλιθο, ένα στρώμα από λεπτούς κόκκους ή σκόνη όπως στη Σελήνη», εξηγεί ο Zieba. «Σκοτεινιάζουν επίσης το στρώμα προσθέτοντας σίδηρο και άνθρακα, κάνοντας τις ιδιότητες του ρεγόλιθου πιο συμβατές με τις παρατηρήσεις.»
Φρέσκια λάβα ή αρχαία σκόνη
Τα δεδομένα υποστηρίζουν δύο πιθανές εξηγήσεις για την επιφάνεια. Το ένα σενάριο θέλει ένα τοπίο κυριαρχημένο από σχετικά φρέσκο συμπαγή βασαλτικό βράχο. Σε αυτή την περίπτωση, πρόσφατη γεωλογική δραστηριότητα, όπως εκτεταμένος ηφαιστεισμός, θα είχε ανανεώσει την επιφάνεια.
Το δεύτερο σενάριο επίσης περιλαμβάνει σκοτεινή επιφάνεια, αλλά διαμορφωμένη από μακροχρόνια έκθεση στο διαστημικό «καιρό». Με τον χρόνο, η αποσάθρωση θα δημιουργούσε εκτεταμένα στρώματα σκοτεινού ρεγόλιθου, παρόμοια με τη σκονισμένη επιφάνεια της Σελήνης ή του Ερμή. Αυτή η ερμηνεία υπονοεί ότι ο πλανήτης είναι γεωλογικά ανενεργός για μεγάλο διάστημα.
Αναζητώντας ίχνη δραστηριότητας
Οι δύο εκδοχές διαφέρουν κυρίως ως προς το αν ο πλανήτης παραμένει γεωλογικά ενεργός. Στη Γη και σε άλλους ενεργούς κόσμους, οι ηφαιστειακές διεργασίες απελευθερώνουν αέρια στο περιβάλλον. Ένα από αυτά είναι το διοξείδιο του θείου (SO2), που συνδέεται συχνά με ηφαιστειότητα.
Αν η LHS 3844 b ήταν σήμερα ενεργή, το MIRI πιθανότατα θα είχε ανιχνεύσει αυτό το αέριο. Ωστόσο, δεν βρέθηκε τέτοιο σήμα. Η απουσία του υποδηλώνει ότι πρόσφατη ηφαιστειακή δραστηριότητα είναι απίθανη, καθιστώντας πιο πειστικό το σενάριο μιας αποσαθρωμένης, ανενεργής επιφάνειας. Αν ισχύει, ο πλανήτης ίσως μοιάζει στενά με τον Ερμή.
Για να απαντήσει οριστικά, η ομάδα συνεχίζει με νέες παρατηρήσεις από το JWST. Στόχος είναι να ανιχνευθούν λεπτές διαφορές στον τρόπο που το συμπαγές πέτρωμα και το χαλαρό υλικό εκπέμπουν και ανακλούν το φως. Η γωνιακή εξάρτηση της εκπομπής σχετίζεται με την υφή της επιφάνειας και μπορεί να δείξει αν πρόκειται για λεία βραχώδη επιφάνεια ή τραχύ, σκονισμένο υλικό. Η μέθοδος έχει ήδη εφαρμοστεί με επιτυχία στη μελέτη αστεροειδών στο Ηλιακό Σύστημα.
«Είμαστε βέβαιοι ότι η ίδια τεχνική θα μας επιτρέψει να ξεκαθαρίσουμε τη φύση του φλοιού της LHS 3844 b και, στο μέλλον, άλλων βραχωδών εξωπλανητών», καταλήγει η Kreidberg.
Πρόσθετες πληροφορίες
Η Laura Kreidberg είναι η μοναδική αστρονόμος του MPIA που συμμετείχε στη μελέτη.
Συμμετείχαν επίσης: Sebastian Zieba (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA), Brandon P. Coy (Department of the Geophysical Sciences, University of Chicago, USA), Aaron Bello-Arufe (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA [JPL]), Kimberly Paragas (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, USA), Xintong Lyu (Peking University, Beijing, China), Renyu Hu (The Pennsylvania State University, University Park, USA and JPL), Aishwarya Iyer (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), Kay Wohlfarth (Technische Universität Dortmund, Germany).
Οι παρατηρήσεις του JWST στη μελέτη έγιναν στο πλαίσιο του προγράμματος GO #1846 (PI: Laura Kreidberg, co-PI: Renyu Hu) με τίτλο «A Search for Signatures of Volcanism and Geodynamics on the Hot Rocky Exoplanet LHS 3844 b».
Το κονσόρτσιουμ του MIRI απαρτίζεται από κράτη-μέλη της ESA: Βέλγιο, Δανία, Γαλλία, Γερμανία, Ιρλανδία, Κάτω Χώρες, Ισπανία, Σουηδία, Ελβετία και Ηνωμένο Βασίλειο. Η εργασία του χρηματοδοτείται από εθνικούς οργανισμούς — στη Γερμανία, από τη Max Planck Society (MPG) και το German Aerospace Center (DLR). Συμμετέχουν το Max Planck Institute for Astronomy στη Χαϊδελβέργη, το Πανεπιστήμιο της Κολωνίας και η Hensoldt AG στο Oberkochen, πρώην Carl Zeiss Optronics.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο για την έρευνα του Διαστήματος. Πρόκειται για διεθνές πρόγραμμα υπό την ηγεσία της NASA με εταίρους την ESA και την CSA (Canadian Space Agency).
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer λειτουργούσε από το Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, με σύμβαση με τη NASA.
Υλικό από το Max Planck Institute for Astronomy. Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να έχει υποστεί επιμέλεια ύφους και έκτασης.
Σχετικό υλικό:
A Simple Molecule Could Unlock Safer, Easier Weight Loss
Researchers Unveil Groundbreaking Sustainable Solution to Vitamin B12 Deficiency
Darwin’s Islands Still Evolving: Giant Daisies Rewrite the Rules of Evolution
Omega-3 Supplements Linked to Cognitive Decline in Surprising New Study
