Astrofysici die een populaire exoplaneet in de bewoonbare zone van zijn ster bestuderen, hebben ontdekt dat elektrische stromen in de bovenste atmosfeer van de planeet voldoende verwarming kunnen veroorzaken om de atmosfeer zo uit te breiden dat deze de planeet verlaat, waardoor de planeet waarschijnlijk onbewoonbaar wordt.

Tot nu toe hebben planetaire wetenschappers gedacht dat een bewoonbare planeet een sterk magnetisch veld eromheen nodig heeft dat als schild dient en geïoniseerde deeltjes, röntgenstraling en ultraviolette straling in de stellaire wind rond en weg van de atmosfeer richt.

Dat is wat er op aarde gebeurt, waardoor wordt voorkomen dat gevaarlijke straling het leven op het oppervlak bereikt, en wat niet gebeurt op Mars, dat nu geen mondiaal magnetisch veld heeft, wat betekent dat alle oorspronkelijke bewoners van de rode planeet waarschijnlijk in ondergrondse grotten en holtes zullen moeten leven. voor bescherming tegen zonnewind.

Het nieuwe onderzoek, door Ofer Cohen van het Lowell Center for Space Science and Technology aan de Universiteit van Massachusetts Lowell en collega's, gepubliceerd in The Astrophysical Journal onderzocht of de elektrische stromen die in de ionosfeer van de exoplaneet Trappist-1e worden gegenereerd, zouden leiden tot voldoende verwarming en uitzetting van de atmosfeer, zodat deze zou kunnen verdwijnen uit de zwaartekracht van de planeet en verloren zou gaan in de ruimte.

TRAPPIST-1e is een koele M-dwergster in het sterrenbeeld Waterman, ongeveer 41 lichtjaar van de aarde verwijderd. Het planetenstelsel, dat zeven waargenomen exoplaneten heeft, is het meest bestudeerde systeem buiten ons eigen zonnestelsel.

Drie van deze planeten bevinden zich in de bewoonbare zone van de ster, met oppervlaktetemperaturen waar vloeibaar water zou kunnen voorkomen. Omdat M-dwergen, die ongeveer 70% van de sterren in het heelal uitmaken, koeler zijn dan onze zon, liggen deze zones veel dichter bij deze sterren.

Trappist-1e, een exoplaneet die in 2017 werd ontdekt, draait op slechts 0,028 AU van zijn ster (waarbij 1 AU de gemiddelde afstand is van de zon tot de aarde; Mercurius draait op ongeveer 0,4 AU). Het is rotsachtig en aardachtig, de gemiddelde dichtheid is slechts 2% groter dan die van de aarde, en de zwaartekracht aan het oppervlak is 82%. Bovendien heeft het een evenwichtstemperatuur van 246 Kelvin, slechts 9 K onder die van de aarde.

Deze eigenschappen maken Trappist-1e tot een van de meest interessante exoplaneten die tot nu toe zijn ontdekt. Maar zit er wel sfeer in? Omdat hij zich veel dichter bij zijn ster bevindt, zou de atmosferische stripping door stellaire winden veel sterker moeten zijn dan die van bijvoorbeeld Mercurius, die geen atmosfeer heeft.

Eerder onderzoek toonde aan dat stellaire winden van Trappist-1 mogelijk een waterstofrijke atmosfeer van zijn exoplaneten kunnen ontdoen door fotoverdamping, maar de complexiteit van het model betekent dat deze planeten een groot aantal atmosferische omgevingen kunnen hebben.

Maar een ander potentieel stripmechanisme is wanneer extern geladen sterrenwinden de geïoniseerde bovenste atmosfeer beïnvloeden. In eerder werk ontdekten Cohen en anderen dat wanneer de geleiding en impedantie van elk vergelijkbaar zijn in grootte, de drie trappistische exoplaneten e, f en g een weerstandsverhitting door gelijkstroom (DC) zouden kunnen ervaren van maximaal 1 watt per vierkante meter. % van de binnenkomende zonnestraling en 5 tot 15 keer de stellaire energie van extreem ultraviolette straling. Een dergelijke ‘joule-opwarming’ zou mogelijk de atmosfeer van al deze planeten kunnen ontdoen. (Op aarde is de Joule-verwarming ongeveer 0,01 W/m ² .)

Nu hebben Cohen en collega's een tweede fenomeen gemodelleerd dat ook van invloed zou kunnen zijn op de planetaire atmosfeer van Trappist-1:opwarming als gevolg van de beweging van de planeet zelf. Er zullen wisselende elektrische stromen (AC) worden gegenereerd in de bovenste atmosfeer van de planeet wanneer deze een veranderend stellair magnetisch veld tegenkomt terwijl de planeet om zijn ster draait (de inductiewet van Faraday).

Dichtbij gelegen planeten draaien zeer snel rond – de omlooptijd van Trappist-1e bedraagt ​​slechts 6,1 aarddagen – en de snelle verandering in het magnetische veld op de achtergrond leidt tot het genereren van sterke ionosferische stromen die verdwijnen en potentieel zeer hoge verhitting veroorzaken, wat zij spanning noemen. -aangedreven Joule-verwarming.

Omdat astronomen geen metingen hebben van de stellaire wind en het magnetische veld van Trappist-1, gebruikte de groep gevalideerde, op natuurkunde gebaseerde modellen om de energieopbrengst, de zonnewind en het veranderende magnetische veld op de afstand van Trappist-1e te berekenen. Door gebruik te maken van redelijke schattingen van de breedte van de ionosfeer van Trappist 1e, de geleiding ervan en de omvang van het veranderende magnetische veld, laten hun resultaten zien dat de Joule-verwarmingsenergieflux in de bovenste atmosfeer van de planeet zou variëren van 0,01 tot 100 W/m ² , een aanzienlijke hoeveelheid opwarming die groter kan zijn dan die als gevolg van extreem ultraviolet en 1 tot 10% van de stellaire energiestroom op de planeet.

Ze concluderen dat zulke intense waarden een sterke atmosferische ontsnapping zouden kunnen veroorzaken en "zou kunnen leiden tot een snel verlies van de atmosfeer." Het betekent dat astrobiologen en anderen rekening moeten houden met de opwarming van joule bij het beoordelen van de bewoonbaarheid van een exoplaneet.

‘Het is waarschijnlijk dat beide mechanismen samen werken in dichtbij gelegen exoplaneten’, zegt Cohen. “Daarom kan ons werk (en onze kennis van het zonnestelsel) erop wijzen dat exoplaneten die zich heel dicht bij de ster bevinden waarschijnlijk kale planeten zijn zonder atmosfeer.”

Cohen merkt op dat hun werk een politiek element bevat, aangezien veel teams de atmosfeer van Trappist-1-planeten onderzoeken. De James Webb Space Telescope (JWST) is al begonnen met het observeren van de planetaire atmosferen van dit systeem (er is geen enkele aangetroffen), en er zijn plannen om meer te doen. "Dit kan een beetje verspilling van middelen zijn als er geen atmosfeer is om te studeren", aldus Cohen.

Meer informatie: Ofer Cohen et al, Verwarming van de atmosfeer van exoplaneten met een korte baan door hun snelle baanbeweging door een extreme ruimteomgeving, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad206a

Journaalinformatie: Astrofysisch tijdschrift

© 2024 Science X Netwerk