Kleine Neptunus blijkt een gigantische, bevroren planeet Aarde te zijn

Van alle mogelijke aardachtige exoplaneten – terrestrische exoplaneten die massiever zijn dan de aarde – is er een exoplaneet die rond een ster draait op slechts 40 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Cetus, die misschien wel het meest lijkt op alles wat tot nu toe is ontdekt.

De exoplaneet LHS 1140 b zou een kleine Neptunus zijn toen hij eind 2023 voor het eerst werd ontdekt door NASA’s James Webb-ruimtetelescoop. Na analyse van de gegevens van die waarnemingen stelde een team van onderzoekers, onder leiding van astronoom Charles Cadieux, dat voor. .. Universiteit van Montreal, LHS 1140 b is waarschijnlijk een gigantische aarde.

Als deze planeet een alternatieve versie van onze planeet is, betekent de relatieve nabijheid van zijn koele rode dwergster dat het waarschijnlijk een gigantische sneeuwbal of grotendeels bevroren object is met een substellaire omtrek (het gebied dat het dichtst bij zijn ster ligt) waardoor het lijkt alsof een kosmische oogbol. Er wordt nu gedacht dat het de exoplaneet is met de beste kans op vloeibaar water op het oppervlak, en dus mogelijk bewoonbaar is.

Cadieux en zijn team zeggen dat ze “interessant bewijs hebben gevonden van… [nitrogen]- De atmosfeer die de bewoonbare zone van de “superaarde” domineert Stadion Het werd onlangs gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.

Sorry Neptunus…

In december 2023 werden twee transits van LHS 1140 b waargenomen met behulp van het NIRISS-instrument (Near-Infrared Imager and Spectrometer) aan boord van Webb. NIRISS is gespecialiseerd in het ontdekken van exoplaneten en het onthullen van meer over hen via transitspectroscopie, waarbij het licht van de gastster van een planeet wordt opgevangen terwijl deze door de atmosfeer van die planeet gaat en naar de aarde reist. Het analyseren van de verschillende spectrale banden in dat licht kan wetenschappers vertellen welke specifieke atomen en moleculen aanwezig zijn in de atmosfeer van de planeet.

Om de eerdere hypothese te testen dat LHS 1140 b een mini-Neptunus is, creëerden de onderzoekers een driedimensionaal mondiaal klimaatmodel, oftewel GCM. Gebruik deze complexe wiskunde om de verschillende combinaties van factoren te onderzoeken waaruit het klimaatsysteem van een planeet bestaat, zoals land, oceanen, ijs en atmosfeer. Via transitspectroscopie zijn verschillende mondiale klimaatmodellen van een mini-Neptunus vergeleken met het waargenomen lichtspectrum. Een downscale-model van Neptunus omvat doorgaans een gasreus met een dikke, wolkenvrije of bijna wolkenvrije atmosfeer die wordt gedomineerd door waterstof, maar de spectrale banden van dit model kwamen niet overeen met NIRISS-waarnemingen.

Omdat de mogelijkheid van een klein Neptunus grotendeels uitgesloten was (hoewel er meer observaties en analyses nodig zijn om dit te bevestigen), wendde het team van Cadieux zich tot een andere mogelijkheid: een gigantische aarde.

Een land ver van de aarde?

De met NIRISS waargenomen spectra kwamen meer overeen met algemene klimaatmodellen van een superaarde. Dit type planeet heeft meestal een dikke laag stikstof of koolstofdioxide.₂– De rijke atmosfeer rond een rotsachtig oppervlak dat een of andere vorm van water bevat, hetzij in bevroren of vloeibare vorm.

Modellen suggereerden ook het bestaan ​​van een secundaire atmosfeer, de atmosfeer die ontstond na het ontsnappen van de oorspronkelijke atmosfeer van lichte elementen (waterstof en helium) tijdens de vroege stadia van planeetvorming. Secundaire atmosferen bestaan ​​uit zwaardere elementen die vrijkomen uit de korst, zoals waterdamp, koolstofdioxide en methaan. Deze atmosferen zijn meestal te vinden op warme aardse planeten (de aarde heeft een secundaire atmosfeer).

De belangrijkste gegevens die niet overeenkwamen met mondiale klimaatmodellen waren dat de planeet een lagere dichtheid heeft (gebaseerd op metingen van zijn omvang en massa) dan zou worden verwacht voor een rotsachtige wereld. Dit komt overeen met een waterwereld met een massa tussen 10 en 20 procent water. Op basis van deze schatting denken onderzoekers dat LHS 1140 b mogelijk een Hessische planeet is – een oceaanplaneet met de meeste kenmerken van een superaarde, maar waarvan de atmosfeer wordt gedomineerd door waterstof in plaats van door stikstof.

Omdat hij zo dichtbij een zwakke ster draait dat hij getijde-locked is, suggereren sommige modellen dat het een overwegend ijskoude planeet is met een vloeibare oceaan onder de ster aan de dagzijde.

Hoewel LHS 1140 b mogelijk een gigantische planeet is, kan de hypothese van de Hessische planeet uiteindelijk worden uitgesloten. De Hessische planeten zijn kwetsbaar voor een op hol geslagen opwarming van de aarde, die optreedt wanneer voldoende broeikasgassen zich ophopen in de atmosfeer van een planeet om te voorkomen dat warmte ontsnapt. Uiteindelijk zal vloeibaar water verdampen op een planeet die zichzelf niet kan afkoelen.

Hoewel we steeds dichter bij het inzicht komen wat voor soort planeet LHS 1140 b is en of deze bewoonbaar is, hebben we meer waarnemingen nodig. Cadieu wil dit onderzoek voortzetten door NIRISS-gegevens te vergelijken met gegevens over andere reuzenplaneten die eerder zijn verzameld door de Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) van Webb Observatory. Er zijn ook minstens drie transitwaarnemingen van de planeet nodig met behulp van het MIRI-instrument (midden-infrarood) van Webb Observatory om ervoor te zorgen dat stellaire straling de waarnemingen van de planeet zelf niet verstoort.

“Gezien de beperkte zichtbaarheid van LHS 1140b kunnen er meerdere jaren van observatie nodig zijn om de mogelijke secundaire atmosfeer te detecteren”, aldus de onderzoekers in hetzelfde onderzoek. Stadion.

Zou deze planeet eigenlijk een bevroren buitenaarde kunnen zijn? Het anticiperen en anticiperen zal nog enkele jaren aanhouden.

De Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad5afa