Αυτό το παράξενο πλανητικό ζεύγος δεν θα έπρεπε να υπάρχει, αλλά υπάρχει

Τώρα, οι ερευνητές στο MIT εξέτασαν προσεκτικότερα την ατμόσφαιρα του εσωτερικού πλανήτη και ανακάλυψαν νέες ενδείξεις που βοηθούν να εξηγήσουν πώς σχηματίστηκε αυτό το παράξενο σύστημα.

Το JWST αποκαλύπτει μια βαριά, πλούσια σε νερό ατμόσφαιρα

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε από τον Dr Επιστολές Αστροφυσικού ΠεριοδικούΗ ομάδα χρησιμοποίησε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) της NASA για να αναλύσει την ατμόσφαιρα του μίνι Ποσειδώνα. Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες μέτρησαν την ατμοσφαιρική σύνθεση ενός μίνι-Ποσειδώνα που βρίσκεται μέσα στην τροχιά ενός θερμού Δία.

Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η ατμόσφαιρα του πλανήτη είναι εκπληκτικά πυκνή και γεμάτη με βαριά μόρια, συμπεριλαμβανομένων ιχνών υδρατμών, διοξειδίου του άνθρακα, διοξειδίου του θείου και μεθανίου. Μια τέτοια ατμόσφαιρα θα ήταν απίθανη αν ο πλανήτης σχηματιζόταν κοντά στο αστέρι του, όπου συνήθως κυριαρχεί το ελαφρύ αέριο.

Αντίθετα, τα ευρήματα υποδηλώνουν μια πολύ διαφορετική προέλευση.

Πλανήτες πιθανότατα σχηματίστηκαν μακριά από τα αστέρια τους

Σύμφωνα με τους ερευνητές, τόσο οι μίνι Ποσειδώνες όσο και οι θερμοί Δίας σχηματίστηκαν πιθανότατα σε μια ψυχρότερη περιοχή του πρώιμου δίσκου ενός συστήματος αερίου και σκόνης, μακριά από το άστρο τους. Σε αυτό το περιβάλλον, παγωμένα στοιχεία και πτητικές ενώσεις μπορούν να συσσωρευτούν πιο εύκολα, επιτρέποντας στους πλανήτες να αναπτύξουν πυκνότερες, βαρύτερες ατμόσφαιρες.

Με την πάροδο του χρόνου, οι δύο πλανήτες πιθανότατα κινήθηκαν προς τα μέσα μαζί, πλησιάζοντας στο άστρο τους, διατηρώντας παράλληλα την ατμόσφαιρά τους και τα ασυνήθιστα τροχιακά τους συστήματα.

Τα αποτελέσματα παρέχουν την πρώτη ξεκάθαρη απόδειξη ότι οι μίνι Ποσειδώνες μπορούν να σχηματιστούν πέρα ​​από τη «γραμμή του χιονιού» ενός αστεριού, την απόσταση στην οποία οι θερμοκρασίες είναι αρκετά χαμηλές για να παγώσει το νερό.

«Είναι η πρώτη φορά που παρατηρούμε την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη που βρίσκεται μέσα στην τροχιά ενός θερμού Δία», δήλωσε ο Sougat Barat, μεταδιδάκτορας στο Ινστιτούτο Kavli για την Αστροφυσική και Διαστημική Έρευνα του MIT και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Αυτή η μέτρηση μας λέει ότι αυτός ο μίνι Ποσειδώνας σχηματίστηκε στην πραγματικότητα έξω από τη γραμμή του παγετού, επιβεβαιώνοντας ότι αυτό το κανάλι σχηματισμού υπάρχει».

Η ερευνητική ομάδα περιλαμβάνει επιστήμονες από ιδρύματα σε όλο τον κόσμο, όπως το MIT, το Χάρβαρντ και το Κέντρο Αστροφυσικής Smithsonian, το Πανεπιστήμιο του Νότιου Κουίνσλαντ, το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν και το Πανεπιστήμιο Λουντ.

Ένα σπάνιο και μπερδεμένο πλανητικό σύστημα

Οι Mini-Neptunes είναι μικρότεροι από τον Ποσειδώνα και αποτελούνται κυρίως από αέριο που περιβάλλει έναν βραχώδη πυρήνα. Στην πραγματικότητα είναι ο πιο κοινός τύπος πλανήτη που βρίσκεται στον Γαλαξία μας, αν και δεν υπάρχει κανένας στο δικό μας ηλιακό σύστημα.

Το 2020, η Chelsea X. Huang, τότε μεταδιδακτορική υπότροφος του Torres στο MIT (τώρα στη σχολή του Πανεπιστημίου του South Queensland), εντόπισε αυτό το ασυνήθιστο σύστημα. Ο μίνι Ποσειδώνας εθεάθη να περιφέρεται δίπλα σε έναν καυτό Δία, τον οποίο οι αστρονόμοι σπάνια βλέπουν.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) της NASA, η ομάδα μελέτησε ένα αστέρι που ονομάζεται TOI-1130 και εντόπισε και τους δύο πλανήτες. Ο Μίνι-Ποσειδώνας ολοκληρώνει μια τροχιά κάθε τέσσερις ημέρες, ενώ ο καυτός Δίας χρειάζεται οκτώ ημέρες.

«Ήταν ένα είδος συστήματος», λέει ο Huang. “Οι θερμοί Δίας είναι “μοναχικοί”, που σημαίνει ότι δεν έχουν συντροφικό πλανήτη στην τροχιά τους. Είναι τόσο ογκώδεις και η βαρύτητα τους είναι τόσο ισχυρή που ό,τι βρίσκεται μέσα στην τροχιά τους είναι διασκορπισμένο. Αλλά κατά κάποιο τρόπο, με αυτόν τον καυτό Δία, ένας εσωτερικός σύντροφος έχει επιβιώσει.

Ο χρόνος των παρατηρήσεων ήταν μια πρόκληση

Η ανακάλυψη οδήγησε τους ερευνητές να εξερευνήσουν τους πλανήτες με περισσότερες λεπτομέρειες χρησιμοποιώντας το JWST, εστιάζοντας στον εσωτερικό κόσμο γνωστό ως TOI-1130b.

Ωστόσο, η παρατήρηση του πλανήτη δεν ήταν απλή. Σε αντίθεση με τους περισσότερους πλανήτες, που ακολουθούν ένα προβλέψιμο τροχιακό χρονοδιάγραμμα, αυτό το ζεύγος έχει αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν «συνήθη συντονισμό κίνησης». Η βαρύτητα κάθε πλανήτη αλλάζει ελαφρώς τις τροχιές των άλλων πλανητών, καθιστώντας τις κινήσεις τους λιγότερο κανονικές και πιο δύσκολο να προβλεφθούν.

Για να ξεπεραστεί αυτό, μια ομάδα με επικεφαλής την Judith Korth του Πανεπιστημίου Lund συγκέντρωσε προηγούμενες παρατηρήσεις και ανέπτυξε ένα μοντέλο για να καθορίσει πότε οι πλανήτες θα περνούσαν μπροστά από το άστρο τους με τρόπο που το JWST μπορούσε να παρατηρήσει.

«Ήταν μια προκλητική πρόβλεψη και έπρεπε να είμαστε επί τόπου», λέει ο Barat.

Δείτε την Πλανητική Χημεία για λεπτομέρειες

Όταν ο χρονισμός είναι σωστός, το JWST συλλαμβάνει λεπτομερείς πληροφορίες σε πολλαπλά μήκη κύματος φωτός.

«Η ομορφιά του JWST είναι ότι παρατηρεί όχι μόνο σε ένα χρώμα, αλλά σε διαφορετικά χρώματα ή μήκη κύματος», εξηγεί ο Barat. «Και τα συγκεκριμένα μήκη κύματος που απορροφά ένας πλανήτης μπορούν να σας πουν πολλά για τη σύνθεση της ατμόσφαιράς του».

Τα δεδομένα αποκάλυψαν ισχυρές υπογραφές νερού, διοξειδίου του άνθρακα και διοξειδίου του θείου, μαζί με μικρές ποσότητες μεθανίου. Αυτά τα βαρύτερα μόρια έρχονται σε αντίθεση με το ελαφρύτερο υδρογόνο και ήλιο που συνήθως αναμένονται σε πλανήτες που σχηματίζονται κοντά στα αστέρια τους.

Αυτό το εύρημα αμφισβητεί προηγούμενες υποθέσεις και υποστηρίζει την ιδέα ότι το TOI-1130b σχηματίστηκε πολύ μακριά πριν μεταναστεύσει προς τα μέσα.

Στοιχεία για την πλανητική μετανάστευση

Ο πλανήτης πιθανότατα έχει συσσωρεύσει την ατμόσφαιρά του σε μια ψυχρή περιοχή πέρα ​​από τη γραμμή του χιονιού, όπου το νερό συμπυκνώνεται στη σκόνη και σχηματίζει σωματίδια πάγου. Καθώς ο νεαρός πλανήτης κινούνταν προς τα μέσα, ο πάγος θα είχε εξατμιστεί, αφήνοντας πίσω την πυκνή ατμόσφαιρα που φαίνεται σήμερα.

Ο Barat λέει ότι η παρουσία αυτών των βαρέων μορίων επιβεβαιώνει ότι και οι δύο πλανήτες πιθανότατα προήλθαν από τις εξωτερικές περιοχές των συστημάτων τους και μετανάστευσαν προς τα μέσα μαζί διατηρώντας την ατμόσφαιρά τους.

«Αυτό το σύστημα αντιπροσωπεύει μια από τις πιο σπάνιες αρχιτεκτονικές που έχουν βρει ποτέ οι αστρονόμοι», είπε ο Barat. «Οι παρατηρήσεις του TOI-1130b είναι η πρώτη ένδειξη ότι τέτοιοι μίνι Ποσειδώνες που σχηματίζονται πέρα ​​από τη γραμμή νερού/πάγου είναι πράγματι παρόντες στη φύση».

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε εν μέρει από τη NASA.