Ο Τζέιμς Γουέμπ ανακαλύπτει έναν σπάνιο γιγάντιο πλανήτη με θερμοκρασίες που μοιάζουν με εκπληκτικά τη Γη

Η ανακάλυψη ξεχωρίζει επειδή οι γιγάντιοι πλανήτες βρίσκονται συνήθως σε ακραίες θερμοκρασίες. Στο ηλιακό μας σύστημα, ο Δίας και ο Κρόνος είναι εξαιρετικά κρύοι επειδή βρίσκονται σε τροχιά τόσο μακριά από τον Ήλιο. Πολλοί από τους γιγάντιους εξωπλανήτες που ανακαλύφθηκαν έξω από το ηλιακό μας σύστημα είναι «θερμοί Δίας», Γη που περιφέρονται πολύ κοντά στα άστρα τους και φτάνουν σε θερμοκρασίες χιλιάδων βαθμών με φουσκάλες.

Το TOI-199b βρίσκεται κάπου ανάμεσα. Είναι ένας από τους λίγους γνωστούς εύκρατους γιγάντιους πλανήτες και οι ερευνητές λένε ότι είναι η πρώτη φορά που η ατμόσφαιρα κάποιου μελετάται τόσο λεπτομερώς.

Τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να βελτιώσουν μοντέλα για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες και οι ατμόσφαιρες. Οι ερευνητές είπαν επίσης ότι η εργασία θα μπορούσε τελικά να προσφέρει νέες γνώσεις για την ατμόσφαιρα της ίδιας της Γης.

Η έρευνα, με επικεφαλής τους επιστήμονες του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στο Πεν Στέιτ και του Εργαστηρίου Αεριωθούμενης Προώθησης της NASA (JPL), δημοσιεύθηκε στις 20 Μαΐου. Astronomical Journal.

“Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα της μελέτης πλανητών εκτός του ηλιακού μας συστήματος, γνωστών ως εξωπλανήτες, είναι η ικανότητα μελέτης διαφορετικών τύπων πλανητών — ειδικά αυτούς που δεν βλέπουμε στο ηλιακό σύστημα — για να μάθουμε πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα”, δήλωσε ο Renew Hu, αναπληρωτής καθηγητής αστρονομίας και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας του College of Astrophysics και του Iber State. “Από τότε που ανακαλύφθηκε ο πρώτος εξωπλανήτης το 1992 από μια ομάδα που περιελάμβανε τον Alexander Olszhan από το Penn State, οι αστρονόμοι βρήκαν χιλιάδες εξωπλανήτες. Αλλά μόνο λίγοι γιγάντιοι, εύκρατοι εξωπλανήτες είναι γνωστοί και αυτή είναι η πρώτη φορά που μπορέσαμε να μελετήσουμε την ατμόσφαιρα ενός από αυτούς λεπτομερώς.”

Ένας γιγάντιος πλανήτης με εκπληκτικά ήπιες θερμοκρασίες

Το TOI-199b περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι που βρίσκεται σε απόσταση μεγαλύτερη από 330 έτη φωτός από τη Γη και ολοκληρώνει μία τροχιά περίπου κάθε 100 ημέρες.

Η θερμοκρασία του πλανήτη εκτιμάται ότι είναι γύρω στους 175 βαθμούς Φαρενάιτ. Αν και εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά ζεστό σύμφωνα με τα καθημερινά πρότυπα, είναι πολύ πιο δροσερό από τους περισσότερους γιγάντιους εξωπλανήτες που έχουν μελετηθεί μέχρι στιγμής. Για σύγκριση, η θερμοκρασία μέσα σε ένα σταθμευμένο αυτοκίνητο που κάθεται σε άμεσο ηλιακό φως μπορεί εύκολα να ανέλθει στο ίδιο επίπεδο στη Γη.

Αυτό κάνει τον TOI-199b πολύ πιο ήπιο από τους θερμούς Δία, καθώς και δραματικά θερμότερο από τους παγωμένους γίγαντες αερίων του ηλιακού μας συστήματος, όπου οι θερμοκρασίες μπορεί να πέσει εκατοντάδες βαθμούς κάτω από το μηδέν.

Πώς το JWST μελέτησε την ατμόσφαιρα του πλανήτη

Για να διερευνήσουν την ατμόσφαιρα του TOI-199b, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται φασματοσκοπία μετάδοσης. Αυτή η τεχνική επιτρέπει στους αστρονόμους να μελετήσουν το αστρικό φως που διέρχεται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη καθώς ο πλανήτης κινείται κατά μήκος της όψης του άστρου του από την προοπτική του τηλεσκοπίου.

Το JWST διαιρεί το φως των αστεριών σε διαφορετικά μήκη κύματος, όπως τα πρίσματα διαχωρίζουν το λευκό φως σε ουράνια τόξα.

«Καθώς ένας πλανήτης περνά μπροστά από το άστρο του, μέρος του φωτός του αστεριού περνά μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη όπου αλληλεπιδρά με τα στοιχεία και τα μόρια της ατμόσφαιρας», δήλωσε ο Aaron Bello-Aruffe, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο JPL και πρώτος συγγραφέας της εργασίας. «Συγκεκριμένα υλικά θα απορροφήσουν συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός, δημιουργώντας ένα δακτυλικό αποτύπωμα στο φάσμα φωτός που ανιχνεύει το JWST που αντανακλά τη σύνθεση της ατμόσφαιρας».

Οι ερευνητές συνέλεξαν αρχικά περίπου 20 συνεχόμενες ώρες παρατηρήσεων για να καθορίσουν μια βασική μέτρηση της φωτεινότητας του άστρου. Οι πλανητικές διελεύσεις διαρκούν περίπου επτά ώρες, συνήθως πολύ περισσότερο από τις θερμές διελεύσεις του Δία, οι οποίες μπορεί να διαρκέσουν μία ώρα ή λιγότερο.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες συνέκριναν το φάσμα του φωτός που καταγράφηκε κατά τη διέλευση με τις βασικές μετρήσεις. Οι διαφορές αποκάλυψαν ποια μήκη κύματος απορροφήθηκαν από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, επιτρέποντας στην ομάδα να ανιχνεύσει τα αέρια που υπάρχουν.

Μεθάνιο έχει ανιχνευθεί στην ατμόσφαιρα του TOI-199b

«Όταν συγκρίναμε τα φάσματα κατά τη διάρκεια της διέλευσης με τη γραμμή βάσης, διαπιστώσαμε ότι η ατμόσφαιρα εμπόδιζε τα μήκη κύματος του αστρικού φωτός που απορροφάται από το μεθάνιο», είπε ο Belo-Aruf. «Τα μοντέλα του σχηματισμού εύκρατων, γιγάντων εξωπλανητών με αέρια προέβλεπαν ότι θα περιείχαν μεθάνιο, επομένως είναι καλό να βεβαιωθούμε ότι οι θεωρίες μας είναι σωστές».

Εκτός από το μεθάνιο, οι παρατηρήσεις δείχνουν την παρουσία αμμωνίας και διοξειδίου του άνθρακα.

«Με πρόσθετες παρατηρήσεις αυτού του πλανήτη, μπορούμε να διαπιστώσουμε τη σχετική αφθονία αυτών των διαφορετικών αερίων στην ατμόσφαιρά του», είπε ο Χου. “Αυτή η πιο ολοκληρωμένη εικόνα της ατμόσφαιρας ενός γίγαντα εύκρατου αερίου μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσουμε τα μοντέλα μας και ενδεχομένως να κατανοήσουμε καλύτερα πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες και η ατμόσφαιρά τους, συμπεριλαμβανομένης της Γης. Η επιτυχία αυτής της πρώτης μελέτης για την ατμόσφαιρα ενός εύκρατου αερίου γίγαντα μάς δίνει τη σιγουριά να αφιερώσουμε περισσότερους πόρους και χρόνο παρατήρησης στη μελέτη άλλων παρόμοιων πλανητών. Αν δούμε κοινά χαρακτηριστικά σχεδίου αυτού του μοναδικού τύπου πλανήτη.”

Η ερευνητική ομάδα περιελάμβανε επίσης επιστήμονες από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, το Ινστιτούτο Επιστήμης Carnegie, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Καλιφόρνια και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Santa Cruz.

Η NASA χρηματοδότησε την έρευνα μέσω επιχορήγησης από το Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου.