science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Nieuwe studie geeft details over atmosfeer op hete Neptunus op 260 lichtjaar afstand die niet zou moeten bestaan

Deze artist's impression toont het LTT9779-systeem ongeveer op schaal, met links de hete planeet Neptunus en zijn heldere, nabije ster rechts. Het spoor van materiaal dat van de planeet stroomt is hypothetisch maar waarschijnlijk, gebaseerd op de intense straling van deze planeet. Krediet:Ethen Schmidt | Universiteit van Kansas

Een team onder leiding van een astronoom van de Universiteit van Kansas heeft gegevens van NASA's TESS- en Spitzer-ruimtetelescopen gekraakt om voor het eerst de atmosfeer weer te geven van een hoogst ongebruikelijk soort exoplaneet die een 'hete Neptunus' wordt genoemd.

De bevindingen met betrekking tot de recent gevonden planeet LTT 9779b zijn vandaag gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven . Het artikel beschrijft de allereerste spectrale atmosferische karakterisering van een planeet ontdekt door TESS, de eerste globale temperatuurkaart van een TESS-planeet met een atmosfeer en een hete Neptunus waarvan het emissiespectrum fundamenteel verschilt van de vele grotere "hete Jupiters" die eerder zijn bestudeerd.

"Voor de eerste keer, we hebben het licht gemeten dat van deze planeet komt en dat niet zou moeten bestaan, " zei Ian Crossfield, assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde aan de KU en hoofdauteur van het artikel. "Deze planeet wordt zo intens bestraald door zijn ster dat de temperatuur meer dan 3 is, 000 graden Fahrenheit en de atmosfeer kan volledig zijn verdampt. Nog, onze Spitzer-waarnemingen laten ons de atmosfeer zien via het infraroodlicht dat de planeet uitstraalt."

Hoewel LTT 9779b buitengewoon is, één ding is zeker:mensen zouden het daar waarschijnlijk niet zo leuk vinden.

"Deze planeet heeft geen vast oppervlak, en het is zelfs veel heter dan Mercurius in ons zonnestelsel - niet alleen zou het lood smelten in de atmosfeer van deze planeet, maar dat geldt ook voor platina, chroom en roestvrij staal, "Zei Crossfield. "Een jaar op deze planeet duurt minder dan 24 uur - zo snel draait het rond zijn ster. Het is een behoorlijk extreem systeem."

Hot Neptune LTT 9779b werd vorig jaar ontdekt, en werd een van de eerste planeten ter grootte van Neptunus die werden ontdekt door NASA's all-sky TESS planeetjachtmissie. Crossfield en zijn co-auteurs gebruikten een techniek genaamd "fasecurve" -analyse om de atmosferische samenstelling van de exoplaneet te ontleden.

"We meten hoeveel infrarood licht door de planeet werd uitgestraald terwijl deze 360 ​​graden om zijn as draait, " zei hij. "Infraroodlicht vertelt je de temperatuur van iets en waar de warmere en koelere delen van deze planeet zijn - op aarde, het is niet het heetst 's middags; het is het heetst een paar uur in de middag. Maar op deze planeet, het is eigenlijk het heetst rond het middaguur. We zien het meeste infrarode licht afkomstig van het deel van de planeet waar de ster recht boven ons hoofd staat en veel minder van andere delen van de planeet."

"Voor de eerste keer, we hebben het licht gemeten dat van deze planeet komt en dat niet zou moeten bestaan, " zei Ian Crossfield, assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde aan de KU en hoofdauteur van het artikel. "Deze planeet wordt zo intens bestraald door zijn ster dat de temperatuur meer dan 3 is, 000 graden Fahrenheit en de atmosfeer kan volledig zijn verdampt. Nog, onze Spitzer-waarnemingen laten ons de atmosfeer zien via het infraroodlicht dat de planeet uitstraalt." Credit:Ethen Schmidt/University of Kansas

Aflezingen van de temperatuur van de planeet worden gezien als een manier om de atmosfeer te karakteriseren.

"De planeet is veel koeler dan we hadden verwacht, wat suggereert dat het veel van het invallende sterlicht dat erop valt, wegkaatst, vermoedelijk door bewolking overdag, " zei co-auteur Nicolas Cowan van het Institute for Research on Exoplanets (iREx) en McGill University in Montreal, die hielpen bij de analyse en interpretatie van de metingen van de thermische fasecurve. "De planeet transporteert ook niet veel warmte naar zijn nachtzijde, maar we denken te begrijpen dat:het sterlicht dat wordt geabsorbeerd, waarschijnlijk hoog in de atmosfeer wordt geabsorbeerd, van waaruit de energie snel terug naar de ruimte wordt uitgestraald."

Volgens Crossfield, de resultaten zijn slechts een eerste stap in een nieuwe fase van exoplanetaire verkenning, aangezien de studie van exoplaneetatmosferen gestaag naar steeds kleinere planeten vordert.

"Ik zou niet zeggen dat we nu alles over deze planeet begrijpen, maar we hebben genoeg gemeten om te weten dat dit een echt vruchtbaar object zal zijn voor toekomstig onderzoek, "zei hij. "Het is al het doelwit voor observaties met de James Webb Space Telescope, dat is NASA's volgende grote multimiljard-dollar vlaggenschip ruimtetelescoop die over een paar jaar omhoog gaat. Wat onze metingen tot nu toe ons laten zien, zijn wat we de spectrale absorptiekenmerken noemen - en het spectrum ervan geeft koolmonoxide en/of kooldioxide in de atmosfeer aan. We beginnen grip te krijgen op de moleculen waaruit de atmosfeer bestaat. Omdat we dit zien, en vanwege hoe deze wereldwijde temperatuurkaart eruitziet, het vertelt ons ook iets over hoe de wind energie en materiaal door de atmosfeer van deze mini-gasplaneet laat circuleren."

Crossfield verklaarde de extreme zeldzaamheid van Neptunus-achtige werelden die dicht bij hun gastheersterren worden gevonden, een gebied dat typisch zo verstoken is van planeten, noemen astronomen het de 'hete woestijn van Neptunus'.

"We denken dat dit komt omdat hete Neptunus niet massief genoeg is om substantiële atmosferische verdamping en massaverlies te voorkomen, "zei hij. "Dus, de meest nabije hete exoplaneten zijn ofwel de massieve hete Jupiters of rotsachtige planeten die lang geleden het grootste deel van hun atmosfeer hebben verloren."

Een begeleidend artikel bij dit onderzoek onder leiding van Diana Dragomir, Universiteit van New Mexico, assistent-professor natuurkunde en astronomie, onderzoekt de atmosferische samenstelling van de expoplaneet via secundaire eclipswaarnemingen met de Spitzer Infrared Array Camera (IRAC) van de hete Neptunus.

Deze artist's impression toont LTT9779b in de buurt van de ster waar hij om draait, en benadrukt de ultra-hete (2000 Kelvin) dagzijde van de planeet en de vrij geroosterde nachtzijde (ongeveer 1000 K). Krediet:Ethen Schmidt | Universiteit van Kansas

Hoewel LTT 9779b niet geschikt is voor kolonisatie door mensen of enige andere bekende levensvorm, Crossfield zei dat het evalueren van de atmosfeer technieken zou verbeteren die ooit zouden kunnen worden gebruikt om meer uitnodigende planeten voor leven te vinden.

"Als iemand gaat geloven wat astronomen zeggen over het vinden van tekenen van leven of zuurstof op andere werelden, we zullen eerst moeten laten zien dat we het echt goed kunnen doen met de gemakkelijke dingen, " zei hij. "In die zin zijn deze grotere, hetere planeten zoals LTT 9779b werken als zijwieltjes en laten zien dat we echt weten wat we doen en alles goed kunnen doen."

Crossfield zei dat zijn kijkje in de atmosfeer van zo'n vreemde en verre planeet ook op zichzelf waardevol was.

"Als iemand die deze bestudeert, er is gewoon veel interessante planetaire wetenschap die we kunnen doen bij het meten van de eigenschappen van deze planeten - net zoals mensen de atmosferen van Jupiter bestuderen, Saturnus en Venus - ook al denken we niet dat die het leven zullen herbergen, "zei hij. "Ze zijn nog steeds interessant, en we kunnen leren hoe deze planeten zijn gevormd en de bredere context van planetaire systemen."

Crossfield zei dat er nog veel werk moet worden verzet om LTT 9779b en soortgelijke nog niet ontdekte hete Neptunes beter te begrijpen. (Een begeleidend artikel over de atmosferische samenstelling van LTT 9779b via analyse van het secundaire eclips-"spectrum" wordt gelijktijdig gepubliceerd, die Crossfield mede-schreef.)

"We willen het blijven observeren met andere telescopen, zodat we meer vragen kunnen beantwoorden, " zei hij. "Hoe kan deze planeet zijn atmosfeer behouden? Hoe is het in de eerste plaats ontstaan? Was het aanvankelijk groter maar heeft het een deel van zijn oorspronkelijke sfeer verloren? Als, waarom is de atmosfeer dan niet gewoon een verkleinde versie van de atmosferen van ultra-hete grotere exoplaneten? En wat zou er nog meer in de atmosfeer op de loer kunnen liggen?"

Sommige co-auteurs van de KU-onderzoeker op het artikel zijn ook van plan om de onwaarschijnlijke exoplaneet verder te bestuderen.

"We hebben koolmonoxide in de atmosfeer gedetecteerd en dat de permanente dagzijde erg heet is, terwijl er zeer weinig warmte naar de nachtzijde wordt getransporteerd, "Zei Björn Benneke van iREx en de Université de Montréal. "Beide bevindingen doen LTT 9779b zeggen dat er een zeer sterk signaal is dat de planeet een zeer intrigerend doelwit maakt voor toekomstige gedetailleerde karakterisering met JWST. We plannen nu ook veel gedetailleerdere fasecurve-waarnemingen met NIRISS op JWST."