Raziskave eksoplanetov so z novimi opazovanji vesoljskega teleskopa James Webb vstopile v fazo, ko tudi zelo vroči in majhni kamniti svetovi niso več nujno obravnavani kot goli, brezračuni objekti. Najnovejši primer prihaja iz študije, pri kateri je sodelovala Univerza v Birminghamu, in ponuja doslej najtrdnejše dokaze, da ima skalnat planet zunaj Osončja lahko obstojno atmosfero kljub izjemnim razmeram.
V središču raziskave je eksoplanet TOI-561 b, uvrščen med t. i. ultra vroče superzemlje. Opazovanja kažejo, da planet obdaja gosta plast plinov, pod katero se razprostira globalni ocean staljene kamnine. Ugotovitve so bile objavljene v reviji The Astrophysical Journal Letters in po mnenju avtorjev pomagajo pojasniti, zakaj ima planet nenavadno nizko gostoto.
TOI-561 b ima približno 1,4-krat večji polmer od Zemljinega, okoli svoje zvezde pa obkroži v manj kot 11 urah, zaradi česar spada v redek razred eksoplanetov z izjemno kratkim orbitalnim obdobjem. Čeprav je zvezda gostiteljica le nekoliko manjša in hladnejša od Sonca, planet kroži na razdalji, ki je manjša od milijona milj, kar pomeni, da je plimsko zaklenjen. Njegova stalna dnevna stran je zato izpostavljena temperaturam, ki daleč presegajo tališče običajnih kamnin.
Zakaj brez atmosfere ne gre
Po besedah dr. Anjali Piette z Univerze v Birminghamu opažanj ni mogoče razložiti brez predpostavke o gosti atmosferi. Ta bi z močnimi vetrovi prenašala toploto z dnevne na nočno stran planeta in s tem zniževala temperaturne ekstreme. Poleg tega bi plini, kot je vodna para, absorbirali del bližnje infrardeče svetlobe, ki jo oddaja razžarjena površina, še preden ta doseže teleskop.
Raziskovalci ne izključujejo niti možnosti obstoja svetlih silikatnih oblakov, ki bi z odbojem zvezdne svetlobe dodatno hladili atmosfero. Takšni procesi bi lahko pojasnili, zakaj se planet v opazovanjih kaže kot hladnejši, kot bi bil, če bi bil zgolj gola skala ali ocean lave brez plinske ovojnice.
Nenavadno nizka gostota planeta
Ena od začetnih razlag za nizko gostoto TOI-561 b je bila možnost, da ima razmeroma majhno železno jedro in manj gost kamninski plašč kot Zemlja. Vendar vodilna avtorica Johanna Teske poudarja, da je planet še vedno bistveno manj gost, kot bi pričakovali za Zemlji podobno sestavo.
Posebnost TOI-561 b je tudi njegovo okolje. Kroži okoli zelo stare, z železom revne zvezde, ki je približno dvakrat starejša od Sonca in leži v območju Mlečne ceste, znanem kot debeli disk. To nakazuje, da se je planet oblikoval v drugačnih kemičnih razmerah, morda v obdobju, ko je bilo vesolje še mlajše in drugače obogateno s težkimi elementi.
Kako je Webb zaznal atmosfero
Za preverjanje hipoteze o atmosferi so raziskovalci uporabili Webbov instrument NIRSpec, s katerim so merili svetlost planeta v bližnjem infrardečem območju. Metoda temelji na opazovanju zmanjšanja skupne svetlosti sistema, ko planet zaide za svojo zvezdo, in je podobna tisti, ki se uporablja pri preučevanju drugih skalnatih planetov, na primer v sistemu TRAPPIST-1.
Če bi bil TOI-561 b brez atmosfere, bi morala temperatura njegove dnevne strani dosegati približno 2700 stopinj Celzija. Meritve pa kažejo vrednosti bližje 1800 stopinjam Celzija – še vedno izjemno vroče, vendar občutno nižje od pričakovanih. Razlika po mnenju avtorjev kaže na učinkovit prenos toplote, ki ga brez atmosfere ni mogoče pojasniti.
Ravnovesje med magmo in plini
Raziskovalna skupina je preučila več možnih razlag. Kroženje toplote znotraj oceana magme bi lahko imelo določen učinek, vendar bi brez atmosfere nočna stran planeta hitro otrdela, kar bi omejilo prenos energije. Tudi tanka plast kamninske pare nad magmo ne bi zagotovila dovolj velikega hladilnega učinka.
Kot poudarja Tim Lichtenberg z Univerze v Groningenu, se zdi verjetnejše, da med oceanom magme in atmosfero obstaja dinamično ravnovesje. Plini se iz notranjosti sproščajo v atmosfero, hkrati pa jih staljena površina znova veže vase. Tak sistem bi zahteval, da je planet bistveno bogatejši s hlapnimi snovmi kot Zemlja, kar ga po njegovih besedah dela „nekakšno mokro kroglo lave“.
Prvi koraki in nadaljnja analiza
Opisana opazovanja so del Webbovega programa splošnih opazovalcev, v okviru katerega je bil sistem TOI-561 neprekinjeno spremljan več kot 37 ur, planet pa je v tem času opravil skoraj štiri celotne orbite. Raziskovalci zdaj analizirajo celoten nabor podatkov, da bi podrobneje preslikali temperaturno porazdelitev po planetu in zožili nabor možnih sestavin njegove atmosfere.
Rezultati kažejo, da tudi skrajni, žareči kamniti svetovi morda niso tako enostavni, kot se je zdelo še pred nekaj leti, in da lahko atmosfera preživi tudi tam, kjer bi jo teorija dolgo časa izključevala.
Foto: Superzemeljski eksoplanet TOI-561 b in njegova zvezda (umetniški koncept). Avtorstvo: NASA/STScI
