Αστρονόμοι με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Northwestern ανακάλυψαν ένα ασυνήθιστο χαρακτηριστικό γύρω από τον περίφημο «Ροζ Πλανήτη»: έναν ουρανό γεμάτο αλμυρά σύννεφα.
Για περισσότερο από μια δεκαετία, ο αρχαίος κόσμος, γνωστός για τη ροζ ομίχλη του, παραμένει ένα διαρκές μυστήριο στην αστρονομία. Ως ένας από τους πιο κουλ πλανητικούς συντρόφους που απεικονίστηκε ποτέ απευθείας, είναι τόσο αχνός που οι επιστήμονες έχουν δυσκολευτεί να αναλύσουν το φως του από τη Γη. Τώρα, οι παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έχουν αποκαλύψει μια ατμόσφαιρα γεμάτη σύννεφα και άλλη εξωτική χημεία που δεν είχε παρατηρηθεί προηγουμένως.
Τα ευρήματα παρέχουν μερικές από τις πρώτες άμεσες ενδείξεις ότι ένα ψυχρό πλανητικό αντικείμενο μπορεί να έχει σύννεφα αλατιού στην ατμόσφαιρά του, επιβεβαιώνοντας μια πρόβλεψη που έκαναν οι επιστήμονες πριν από περισσότερα από 15 χρόνια. Τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν επίσης την ικανότητα του JWST να μελετά εξαιρετικά ψυχρούς και σκοτεινούς κόσμους πέρα από την προσιτότητα των επίγειων παρατηρητηρίων.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στις 18 Ιουνίου Astronomical Journal.
«Ο Ροζ Πλανήτης είναι ο πιο ωραίος σύντροφος που ανακαλύφθηκε ποτέ χρησιμοποιώντας επίγεια όργανα», δήλωσε ο Anish Baburaj του Northwestern, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης. “Πολλές ομάδες σε όλο τον κόσμο έκαναν επακόλουθες παρατηρήσεις για να μελετήσουν το φως του, αλλά ήταν πολύ απροετοίμαστο για επίγεια όργανα. Έγινε τέλειος στόχος για το JWST. Όταν τελικά πήραμε το φάσμα του, φαινόταν αμέσως ενδιαφέρον. Αλλά μόλις αρχίσαμε να σκάβουμε βαθύτερα στα δεδομένα, συνειδητοποιήσαμε ότι δεν έμοιαζε με τίποτα που είχαμε αναλύσει πριν.”
Ο Baburaj, ερευνητής εξωπλανητών, είναι μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Northwestern’s Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysic (CIERA). Στο έργο συμμετείχαν επίσης επιστήμονες από το Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STScI), συμπεριλαμβανομένου του Marshall Perrin, ο οποίος σχεδίασε το πρόγραμμα παρατήρησης για το αντικείμενο. Ο Perrin υπηρετεί στην ομάδα επιστημόνων του τηλεσκοπίου JWST, η οποία βοηθά στην ανάπτυξη του παρατηρητηρίου και υποστηρίζει τις συνεχιζόμενες λειτουργίες του.
Ένας ψυχρός κόσμος με αβέβαιη ταυτότητα
Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 2013, ο ροζ πλανήτης, επίσημα γνωστός ως GJ 504 b, περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι που μοιάζει με τον Ήλιο, περίπου 57 έτη φωτός από τη Γη. Παρά το παρατσούκλι του, οι ερευνητές δεν είναι σίγουροι ότι πρόκειται για πλανήτη.
Με μάζα περίπου 25 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Δία, ο GJ 504 b βρίσκεται κοντά στο όριο μεταξύ γιγάντιων πλανητών και καφέ νάνων. Εξαιτίας αυτής της ασάφειας, οι αστρονόμοι το ταξινομούν ως «σύντροφο πλανητικής μάζας», ένα αντικείμενο με μάζα σαν πλανήτη που περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι.
Η χαμηλή θερμοκρασία του προστέθηκε στην ίντριγκα. Οι περισσότεροι εξωπλανήτες που απεικονίζονται άμεσα έχουν θερμοκρασίες περίπου 1.000 έως 2.000 βαθμούς Φαρενάιτ. Συγκριτικά, το GJ 504 b είναι περίπου 550 βαθμοί Φαρενάιτ (290 βαθμοί Κελσίου), περίπου η ίδια θερμοκρασία με το εσωτερικό ενός φούρνου ψησίματος ψωμιού.
Σύμφωνα με τον Baburaj, η ηλικία της ύλης εξηγεί τη σχετική ψυχρότητά της. Οι γιγάντιοι πλανήτες ξεκινούν τη ζωή τους εξαιρετικά ζεστοί και σιγά-σιγά ψύχονται για δισεκατομμύρια χρόνια. Νέα έρευνα εκτιμά ότι το GJ 504 b είναι ηλικίας μεταξύ 2,5 και 4 δισεκατομμυρίων ετών.
Ο James Webb δημοσιεύει πλανητικά φάσματα
Για να διερευνήσουν το αντικείμενο, ο Baburaj και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το JWST για να συλλέξουν το αχνό φως του. Στη συνέχεια εφαρμόζουν προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας για να αφαιρέσουν τη λάμψη από τα πολύ φωτεινότερα αστέρια-ξενιστές.
Αυτή η μέθοδος επέτρεψε στην ομάδα να αποκτήσει το φάσμα του συνοδού, το οποίο διαχωρίζει το φως στα συστατικά του χρώματα. Επειδή διαφορετικά στοιχεία και μόρια αφήνουν μοναδικές υπογραφές σε ένα φάσμα, οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να προσδιορίσουν τη σύνθεση της ατμόσφαιρας.
«Στο παρελθόν, άλλοι αστρονόμοι παρατήρησαν τον σύντροφο για μια ολόκληρη νύχτα με τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου για να πάρουν ένα φάσμα», είπε ο Baburaj. “Και δεν είδαν το αντικείμενο. Με το JWST, ολόκληρη η παρατήρησή μας κράτησε περίπου δύο ώρες και ήμασταν επιτυχείς.”
Επίλυση ενός μακροχρόνιου μυστηρίου με σύννεφα αλατιού
Οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν μια ατμόσφαιρα που περιείχε υδρατμούς, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία και άλλα μόρια.
Όταν οι ερευνητές προσπάθησαν να αναδημιουργήσουν την ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας μοντέλα υπολογιστών, αντιμετώπισαν πρόβλημα. Οι παρατηρήσεις μπορεί να αντιστοιχούν μόνο σε ατμοσφαιρικές συνθήκες που δεν φαίνονται φυσικά ρεαλιστικές.
Η λύση προέκυψε όταν η ομάδα πρόσθεσε σύννεφα στα μοντέλα. Μόλις συμπεριλήφθηκε το σύννεφο, οι περίεργες ανωμαλίες εξαφανίστηκαν. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι τα σύννεφα αλατιού κρύβουν βαθύτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και επηρεάζουν το φως που τελικά φτάνει στο JWST.
«Εκτελέσαμε προσομοιώσεις με σύννεφα και τα αποτελέσματα είναι συνεπή με όσα γνωρίζουμε για τους ψυχρούς πλανήτες», είπε ο Baburaj. “Δοκιμάσαμε τρεις διαφορετικούς τύπους σύννεφων και το σύννεφο αλατιού ταιριάζει καλύτερα. Όταν υπολογίζουμε το σύννεφο αλατιού, καταστέλλει την υπογραφή των μορίων που κρύβονται βαθιά στην ατμόσφαιρα του συντρόφου. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα γίνονται φυσικά δυνατά.”
Το φάσμα υποδηλώνει επίσης ότι το GJ 504 b μπορεί να περιέχει ασυνήθιστα μεγάλες ποσότητες βαρέων στοιχείων, που συχνά αναφέρονται από τους αστρονόμους ως μέταλλα. Ωστόσο, το ερώτημα πώς σχηματίστηκε το αντικείμενο παραμένει. Τα τρέχοντα στοιχεία δείχνουν ότι μπορεί να προήλθε από διαδικασίες σχηματισμού πλανητών ή από διαδικασίες σχηματισμού μικρών αστέρων.
Ένας νέος τρόπος για να μελετήσετε ψυχρούς εξωγήινους κόσμους
Ο Baburaj πιστεύει ότι οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν για αυτή τη μελέτη θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να διερευνήσουν άλλα ψυχρά και σκοτεινά πλανητικά σώματα.
Για παράδειγμα, ο Δίας έχει σύννεφα από πάγο αμμωνίας. Αν και τα τρέχοντα όργανα δεν μπορούν ακόμη να μελετήσουν απευθείας αυτά τα στρώματα νεφών με την ίδια λεπτομέρεια, η ανίχνευση νεφών αλατιού γύρω από το GJ 504 b υποδηλώνει ότι οι αστρονόμοι πλησιάζουν περισσότερο σε αυτόν τον στόχο.
«Είναι η πρώτη φορά που ανακαλύψαμε ότι τα σύννεφα αλατιού είναι σημαντικά για την εξήγηση του φάσματος ενός αντικειμένου», είπε ο Baburaj. “Είναι μια καλή υπενθύμιση να λαμβάνουμε υπόψη τα σύννεφα στα μοντέλα μας.”
Η έρευνα, “JWST-TST High Contrast: First Direct Spectroscopy of GJ 504 b Reveals Clouds and Potential Metal Enrichment”, υποστηρίχθηκε από τη NASA (αριθμός βραβείου 80NSSC20K0586).
