Skalista planeta typu ziemskiego ale bez atmosfery

Wizja artystyczna przedstawiająca powierzchnię LHS 3844b. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Astronomowie z MIT i z Harvardu przeanalizowali skalistą planetę o rozmiarach zbliżonych do rozmiarów Ziemi w poszukiwaniu atmosfery – i nie odkryli żadnej.

Atmosfery jak dotąd wykrywaliśmy na planetach dużo większych od Ziemi, w tym na kilku gorących jowiszach czy pod-neptunach, które w dużej mierze składają się z lodu i gazu. Jednak tym razem, po raz pierwszy w historii naukowcy byli w stanie określić czy planeta o rozmiarach Ziemi, znajdująca się poza układem słonecznym posiada atmosferę czy nie.

Omawiana planeta LHS 3844b została odkryta w 2018 roku w danych z satelity TESS. Ustalono, że jest ona 1,3 razy większa od Ziemi. Planeta okrąża swoją gwiazdę w ciągu 11 godzin, przez co jest jedną z najszybszych znanych egzoplanet. Sama gwiazda to mały, chłodny karzeł typu M oddalony od nas o 49 lat świetlnych.

W artykule opublikowanym wczoraj w periodyku Nature, zespół donosi, że LHS 3844b nie posiada ani gęstej atmosfery (takiej jak na Wenus), ani rzadkiej (takiej jak na Ziemi). Zamiast tego planeta prawdopodobnie najbardziej przypomina Merkurego – gorący obiekt skalisty bez żadnej atmosfery. Jeżeli jakakolwiek atmosfera istniała kiedyś na tej planecie, prawdopodobnie intensywne promieniowanie gwiazdy wywiało ją na wczesnych etapach formowania planety.

“Dosłownie odkryliśmy gorącą planetę, bez żadnych gazów w jej bezpośrednim otoczeniu” mówi współautor opracowania Daniel Koll, badacz z MI. “To pierwszy przypadek, w którym wiemy cokolwiek o atmosferze planety krążącej wokół karła typu M. Tego typu karły stanowią większość gwiazd w naszej galaktyce, przez co LHS 3844b może reprezentować najliczniej występujący typ planet skalistych.

“Nigdy nie zakładaliśmy, że ta konkretna planeta będzie w jakikolwiek sposób sprzyjała istnieniu na niej życia” mówi główna autorka opracowania Laura Kreidberg z Harvardu. “Pytanie czy ta cała kategoria planet krążących wokół mniejszych gwiazd posiada atmosfery czy nie. Wykorzystywane przez nas metody stanowią dobry sposób oceny obecności lub braku obecności atmosfery”.

W 2018 roku LHS 3844b była jedną z pierwszych planet, których istnienie potwierdził TESS, satelita opracowany w MIT, monitorujący tysiące najbliższych, najjaśniejszych gwiazd, w poszukiwaniu tranzytów – okresowych spadków jasności, które mogłyby wskazywać na obecność planety, która przechodząc na ich tle blokują część emitowanego przez nie światła.

Kreidberg i jej zespół oznaczyli LHS 3844b jako idealne laboratorium, bowiem jej gwiazda macierzysta jest jasna i stosunkowo bliska, a tym samym jest dobrym źródłem, na tle którego naukowcy mogą szczegółowo badać planetę. Z uwagi na to, że LHS 3844b znajduje się wyjątkowo blisko swojej gwiazdy, a tym samym jest niewiarygodnie gorąca, Kreidberg i Kroll doszli do wniosku, że może ona emitować wystarczająco dużo ciepła, aby możliwe było ustalenie czy posiada ona atmosferę.

LHS 3844b to planeta zwrócona cały czas tą samą stroną do swojej gwiazdy, tak jak Księżyc zawsze zwrócony jest tą samą stroną w stronę Ziemi. Gdyby planetę otaczała atmosfera, to mogłaby ona transportować ciepło na “ciemną” stronę planety, a zatem obie strony planety emitowałyby mniej więcej tyle samo ciepła. W przypadku braku atmosfery, dzienna strona byłaby znacznie gorętsza od nocnej.

Gdy planeta porusza się po orbicie wokół swojej gwiazdy, obserwator z zewnątrz widzi różne jej strony. Gdy planeta wychodzi zza gwiazdy, widzimy jej dzienną stronę. Gdy następnie przechodzi na tle tarczy gwiazdy, planeta zwrócona jest do nas ciemną stroną, po czym ponownie widzimy dzienną stroną gdy planeta powoli chowa się za gwiazdą.

Badacze doszli do wniosku, że jeżeli uda im się zmierzyć ilość ciepła emitowanego przez różne strony planety, będą w stanie określić różnice temperatur między dzienną a nocną stroną, a tym samym ustalić czy planeta ma atmosferę.

Aby przetestować ten pomysł, badacze wykorzystali Kosmiczny Teleskop Spitzer, który mierzy ilość promieniowania podczerwonego czyli cieplnego, i skierowali go na LHS 3844b, którą obserwowali przez 100 godzin czyli 10 pełnych orbit.

“Robiliśmy to już wielokrotnie dla planet rozmiarami zbliżonych do Jowisza, ale te pomiary po raz pierwszy dotyczyły planety skalistej krążącej wokół karła typu M” mówi Koll.

Animacja przedstawiająca jasność mierzoną w czasie (biała linia). Jasność planety rośnie gdy w kierunku obserwatora stopniowo zwraca się jej gorąca, dzienna strona. Źródło: Laura Kreidberg

Pomiary wskazały, że dzienna strona ma temperaturę 1000K, podczas gdy na nocnej stronie mamy 0K. Tak drastyczna różnica temperatur wskazuje, że planeta nie ma gęstej atmosfery, która równomiernie rozmieszczałaby ciepło po całej planecie.

Badacze stworzyli wiele różnych scenariuszy obejmujących rzadsze atmosfery o różnym składzie chemicznym, ale żaden z nich nie prowadził do takich różnic temperatury, co wskazuje, że planeta nie ma także rzadszej atmosfery, zbliżonej do ziemskiej.

Pojawił się co prawda jeden scenariusz, w którym ekstremalnie rzadka atmosfera, podobna do marsjańskiej, mogła prowadzić do tak drastycznych różnic temperatur. Niemniej jednak badacze uznali, że mało prawdopodobne jest, aby taka rzadka atmosfera była stabilna, bowiem promieniowanie gwiazdy szybko wywiałaby taką atmosferę w przestrzeń kosmiczną.

Choć grupa badaczy doszła do wniosku, że na tej planecie nie ma atmosfery – a tym samym życia – to nie musi tak być na innych podobnych planetach skalistych krążących wokół chłodnych karłów typu M. Naukowcy planują teraz zastosować tę samą technikę do innych egzoplanet skalistych, także tych, które znajdują się w większej odległości od swoich gwiazd macierzystych i mają większą szansę na utrzymanie własnej atmosfery.

Źródło: MIT

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.