Το διαστημικό τηλεσκόπιο Webb αποκαλύπτει μια λαμπερή «υπερ-Γη» που μοιάζει με τον Ερμή

Το LHS 3844 b είναι ένας βραχώδης κόσμος περίπου 30% του μεγέθους της Γης που περιφέρεται γύρω από ένα δροσερό κόκκινο νάνο αστέρι σε μόλις 11 ώρες. Περιφέρεται πολύ κοντά στο άστρο του, περίπου τρεις αστρικές διαμέτρους πάνω από την επιφάνεια. Ο πλανήτης είναι παλιρροιακά κλειδωμένος, που σημαίνει ότι η μία πλευρά βλέπει μόνιμα το αστέρι και η άλλη βρίσκεται στο σκοτάδι. Οι μέσες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της ημέρας φτάνουν περίπου τα 1000 Kelvin (περίπου 725 °C ή 1340 °F). Το σύστημα βρίσκεται σχετικά κοντά στη Γη σε απόσταση 48,5 ετών φωτός (14,9 parsecs).

“Χάρη στην εκπληκτική ευαισθησία του JWST, μπορούμε να ανιχνεύσουμε φως που έρχεται απευθείας από την επιφάνεια αυτού του μακρινού βραχώδους πλανήτη. Βλέπουμε έναν σκοτεινό, καυτό, άγονο βράχο χωρίς ατμόσφαιρα”, δήλωσε η Laura Kreidberg, MPIA.

Η σκοτεινή του εμφάνιση υποδηλώνει ότι μπορεί να μοιάζει με μια διευρυμένη εκδοχή της Σελήνης ή του Ερμή. Αυτό το συμπέρασμα προέκυψε από την ανάλυση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τη ζεστή πλευρά του πλανήτη. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να φωτογραφίσουν απευθείας πλανήτες. Αντίθετα, μετρούν ανεπαίσθητες αλλαγές στη φωτεινότητα από το συνδυασμένο φως των αστεριών και των πλανητών που βρίσκονται σε τροχιά καθώς κινείται.

Το MIRI εξέτασε τις υπέρυθρες εκπομπές μεταξύ 5 και 12 μικρομέτρων χωρίζοντας το φως σε μικρότερα διαστήματα μήκους κύματος και μετρώντας την ένταση σε καθένα. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί ένα φάσμα, παρόμοιο με ένα ουράνιο τόξο που αποκαλύπτει πώς το φως κατανέμεται σε διαφορετικά μήκη κύματος. Προηγούμενες παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer παρείχαν πρόσθετα δεδομένα που ενίσχυσαν την ανάλυση.

Ένας φλοιός που μοιάζει με γη αποκλείεται

Η έρευνα στη γεωλογία των εξωπλανητών βασίζεται στη γνώση που αποκτήθηκε από μελέτες της Γης και άλλων βραχωδών σωμάτων στο Ηλιακό Σύστημα. Η ομάδα συνέκρινε τις παρατηρήσεις της με μοντέλα υπολογιστών και βιβλιοθήκες γνωστών πετρωμάτων και ορυκτών από τη Γη, τη Σελήνη και τον Άρη. Αυτές οι συγκρίσεις δείχνουν ότι το LHS 3844 b δεν έχει φλοιό σαν τη Γη, ο οποίος είναι συνήθως πλούσιος σε πυριτικά ορυκτά όπως ο γρανίτης.

Αυτή η ανακάλυψη δεν είναι απροσδόκητη, καθώς η Γη είναι μοναδική στο Ηλιακό Σύστημα για να έχει τέτοιο φλοιό. Παρόλα αυτά, παρέχει ενδείξεις για το παρελθόν του πλανήτη. Στη Γη, ο πλούσιος σε πυριτικό φλοιό σχηματίζεται μέσω μακροπρόθεσμων διεργασιών που περιλαμβάνουν τεκτονική δραστηριότητα και συχνά απαιτεί νερό. Ο βράχος λιώνει και ανακυκλώνεται επανειλημμένα, επιτρέποντας στα ελαφρύτερα στοιχεία να ανέβουν και να σχηματίσουν την κρούστα.

«Δεδομένου ότι το LHS 3844b στερείται τέτοιου πυριτικού φλοιού, μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι οι τεκτονικές πλακών που μοιάζουν με τη Γη δεν ισχύουν για αυτόν τον πλανήτη ή ότι είναι αναποτελεσματικός», είπε ο Σεμπάστιαν Ζίμπα. «Αυτός ο πλανήτης πιθανότατα έχει λίγο νερό».

Μια επιφάνεια πλούσια σε βασάλτη

Αντί για υλικό που μοιάζει με γρανίτη, τα δεδομένα δείχνουν μια επιφάνεια από βασάλτη ή πετρώματα που μοιάζουν με μανδύα, παρόμοια με το ηφαιστειακό υλικό που βρίσκεται στη Γη ή στη Σελήνη. Οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια λεπτομερή στατιστική σύγκριση μεταξύ των παρατηρούμενων φασμάτων και διαφορετικών πιθανών μιγμάτων ορυκτών.

Βρήκαν ότι μεγάλες περιοχές συμπαγούς βασάλτη ή μαγματικού βράχου ταίριαζαν καλύτερα με τα δεδομένα. Αυτά τα πετρώματα είναι πλούσια σε μαγνήσιο και σίδηρο και μπορεί να περιέχουν μέταλλα όπως η ολιβίνη. Θραύσματα σπασμένων πετρωμάτων όπως βότσαλα ταιριάζουν επίσης αρκετά καλά, ενώ οι λεπτές σκόνες ή η σκόνη δεν ταιριάζουν με τις παρατηρήσεις λόγω της φωτεινής εμφάνισής τους και μόνο.

Χωρίς ατμόσφαιρα που να τον προστατεύει, ο πλανήτης εκτίθεται συνεχώς σε έντονη ακτινοβολία από την πρόσκρουση των άστρων και των μετεωριτών του. Αυτές οι διεργασίες διαλύουν αργά το βράχο και αλλάζουν την επιφάνειά του.

«Όπως αποδεικνύεται, αυτές οι διεργασίες δεν διαλύουν αργά μόνο στερεά πετρώματα σε ρεγόλιθο, ένα στρώμα λεπτών κόκκων ή σκόνης που βρίσκεται στη Σελήνη», εξηγεί ο Ziba. «Σκουραίνουν το στρώμα προσθέτοντας σίδηρο και άνθρακα, καθιστώντας τις ιδιότητες του ρεγόλιθου πιο συνεπείς με τις παρατηρήσεις».

Φρέσκια λάβα ή αρχαία σκόνη

Τα δεδομένα υποστηρίζουν δύο πιθανές εξηγήσεις για την επιφάνεια του πλανήτη. Ένα σενάριο υποδηλώνει ένα τοπίο που κυριαρχείται από συμπαγείς βασαλτικούς βράχους που είναι σχετικά φρέσκοι. Σε αυτή την περίπτωση, πρόσφατη γεωλογική δραστηριότητα, όπως ο εκτεταμένος ηφαιστειασμός, θα είχε αναγεννήσει τον πλανήτη.

Το δεύτερο σενάριο περιλαμβάνει μια σκοτεινή επιφάνεια, αλλά έναν χώρο που διαμορφώνεται από μακροχρόνια έκθεση. Με την πάροδο του χρόνου, οι καιρικές συνθήκες θα δημιουργήσουν εκτεταμένα στρώματα σκούρου ρεγόλιθου, παρόμοια με τη σκονισμένη επιφάνεια που παρατηρείται στη Σελήνη ή στον Ερμή. Αυτή η εξήγηση υπονοεί ότι ο πλανήτης ήταν γεωλογικά ανενεργός για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αναζήτηση για σημάδια δραστηριότητας

Αυτές οι δύο πιθανότητες διαφέρουν ως προς το αν ο πλανήτης είναι ακόμα γεωλογικά ενεργός. Στη Γη και σε άλλους ενεργούς κόσμους, οι ηφαιστειακές διεργασίες απελευθερώνουν αέρια στο περιβάλλον. Ένα τέτοιο αέριο είναι το διοξείδιο του θείου (SO2), το οποίο συνδέεται συνήθως με τα ηφαίστεια.

Εάν το LHS 3844 b ήταν επί του παρόντος ενεργό, το MIRI πιθανότατα θα είχε εντοπίσει αυτό το αέριο. Αλλά δεν βρέθηκε τέτοιο σήμα. Αυτή η απουσία υποδηλώνει ότι η πρόσφατη ηφαιστειακή δραστηριότητα καθιστά πιο εύλογο το απίθανο, ξεπερασμένο, ανενεργό σενάριο επιφάνειας. Εάν είναι σωστό, ο πλανήτης μπορεί να μοιάζει πολύ με τον Ερμή.

Για να αντιμετωπίσει αυτό το ερώτημα, η ομάδα διεξάγει περαιτέρω παρατηρήσεις με το JWST. Αυτές οι νέες μετρήσεις στοχεύουν στον εντοπισμό λεπτών διαφορών στον τρόπο με τον οποίο ο συμπαγής βράχος και το χαλαρό υλικό εκπέμπουν και αντανακλούν φως. Ο τρόπος με τον οποίο το φως εκπέμπεται σε διαφορετικές γωνίες εξαρτάται από την υφή της επιφάνειας, η οποία μπορεί να αποκαλύψει εάν η επιφάνεια είναι λεία πέτρα ή τραχύ, κονιορτοποιημένο υλικό. Αυτή η μέθοδος έχει ήδη χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για τη μελέτη αστεροειδών του ηλιακού συστήματος.

«Είμαστε βέβαιοι ότι η ίδια τεχνική θα μας επιτρέψει να αποσαφηνίσουμε τη φύση του φλοιού του LHS 3844 b και, στο μέλλον, τη φύση άλλων βραχωδών εξωπλανητών», κατέληξε ο Kreidberg.

Πρόσθετες πληροφορίες

Η Laura Kreidberg είναι η μόνη αστρονόμος MPIA που συμμετέχει σε αυτή τη μελέτη.

Άλλοι ερευνητές είναι οι: Sebastian Ziba (Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian, Cambridge, USA), Brandon P. Coy (Department of Geophysical Sciences, University of Chicago, USA), Aaron Bello-Aruffe (Jet Propulsion Laboratory, California Paravision Institute, USA) Paravision Institute, USA. Γεωλογικών και Πλανητικών Επιστημών, Ινστιτούτο Τεχνολογίας Καλιφόρνιας, Πασαντένα, ΗΠΑ), Jintong Liu (Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, Πεκίνο, Κίνα), Renyu Hu (The Pennsylvania State University, University Park, ΗΠΑ και JPL), Aishwarya Iyer (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, ΗΠΑ), Universität Germany, Univ.

Οι παρατηρήσεις του JWST που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη διεξήχθησαν ως μέρος του Προγράμματος GO #1846 (PI: Laura Kreidberg, συν-PI: Renyu Hu) “A Search for Signatures of Volcanism and Geodynamics on the Hot Rocky Exoplanet LHS 3844 b.”

Η κοινοπραξία MIRI αποτελείται από κράτη μέλη της ESA (Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία): Βέλγιο, Δανία, Γαλλία, Γερμανία, Ιρλανδία, Ολλανδία, Ισπανία, Σουηδία, Ελβετία και Ηνωμένο Βασίλειο. Εθνικοί επιστημονικοί οργανισμοί χρηματοδοτούν το έργο της κοινοπραξίας — στη Γερμανία, η Εταιρεία Μαξ Πλανκ (MPG) και το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο (DLR). Τα γερμανικά ιδρύματα που συμμετέχουν περιλαμβάνουν το Max Planck Institute for Astronomy στη Χαϊδελβέργη, το Πανεπιστήμιο της Κολωνίας και το Hensolt AG στο Oberkochen, πρώην Carl Zeiss Optronics.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο στον κόσμο για διαστημική έρευνα. Είναι ένα διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA και τους εταίρους της ESA και CSA (Καναδική Διαστημική Υπηρεσία).

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer λειτουργούσε από το Jet Propulsion Laboratory, Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, στο πλαίσιο σύμβασης με τη NASA.