Mini-Neptun s-a dovedit a fi un super-Pământ înghețat

Ca Pământul, dar super –

Densitatea o face să arate ca o lume de apă, dar steaua gazdă slabă o menține rece.

Dintre toate potențialele super-Pământuri – exoplanete terestre mai masive decât Pământul – de acolo, o exoplanetă care orbitează în jurul unei stele aflate la doar 40 de ani lumină de noi în constelația Cetus ar putea fi cea mai asemănătoare care a fost găsită până acum.

Exoplaneta LHS 1140 b a fost considerată a fi un mini-Neptun când a fost descoperită pentru prima dată de telescopul spațial James Webb de la NASA, spre sfârșitul anului 2023. După ce a analizat datele din aceste observații, o echipă de cercetători, condusă de astronomul Charles Cadieux, de la Universitatea de Montréal, sugerează că LHS 1140 b este mai probabil să fie un super-Pământ.

Dacă această planetă este o versiune alternativă a noastră, apropierea sa relativă de steaua pitică roșie rece înseamnă că cel mai probabil ar fi un bulgăre de zăpadă gigantesca sau un corp în mare parte înghețat cu un ocean substelar (regiunea cea mai apropiată de steaua sa) care îl face să arate ca un glob ocular cosmic. Acum se crede că este exoplaneta cu cele mai mari șanse de apă lichidă pe suprafața sa și, prin urmare, ar putea fi chiar locuibilă.

Cadieux și echipa sa spun că au găsit „dovezi tentante pentru a [nitrogen]-atmosfera dominată pe o zonă locuibilă super-Pământ” în a studiu publicat recent în The Astrophysical Journal Letters.

Scuze, Neptun…

În decembrie 2023, două tranzite ale LHS 1140 b au fost observate cu instrumentul NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) la bordul Webb. NIRISS este specializată în detectarea exoplanetelor și dezvăluirea mai mult despre ele prin spectroscopie de tranzit, care captează lumina stelei gazdă a unei planete care orbitează în timp ce trece prin atmosfera acelei planete și călătorește spre Pământ. Analiza diferitelor benzi spectrale în această lumină le poate spune oamenilor de știință despre atomii și moleculele specifice care există în atmosfera planetei.

Pentru a testa ipoteza anterioară conform căreia LHS 1140 b este un mini-Neptun, cercetătorii au creat un model climatic global 3D sau GCM. Aceasta a folosit matematica complexă pentru a explora diferite combinații de factori care alcătuiesc sistemul climatic al unei planete, cum ar fi pământul, oceanele, gheața și atmosfera. Mai multe GCM diferite ale unui mini-Neptun au fost comparate cu spectrul de lumină observat prin spectroscopie de tranzit. Modelul pentru un mini-Neptun implică de obicei un gigant gazos cu o atmosferă groasă, fără nori sau aproape fără nori dominată de hidrogen, dar benzile spectrale ale acestui model nu se potriveau cu observațiile NIRISS.

Cu posibilitatea ca un mini-Neptun să fie în mare parte exclusă (deși vor fi necesare observații și analize suplimentare pentru a confirma acest lucru), echipa lui Cadieux a apelat la o altă posibilitate: un super-Pământ.

Un Pământ departe de Pământ?

Spectrele observate cu NIRISS au fost mai în concordanță cu GCM-urile unui super-Pământ. Acest tip de planetă ar avea de obicei un azot gros sau CO₂-atmosfera bogata invaluind o suprafata stancoasa pe care se afla o anumita forma de apa, fie in forma inghetata, fie in forma lichida.

Modelele au sugerat, de asemenea, o atmosferă secundară, care este o atmosferă formată după ce atmosfera inițială a elementelor ușoare (hidrogen și heliu) a scăpat în fazele timpurii ale formării unei planete. Atmosferele secundare sunt formate din elemente mai grele eliberate din crustă, cum ar fi vaporii de apă, dioxidul de carbon și metanul. Se găsesc de obicei pe planete terestre calde (Pământul are o atmosferă secundară).

Cele mai semnificative date Webb/NIRISS care nu se potriveau cu GCM-urile au fost că planeta are o densitate mai mică (pe baza măsurătorilor dimensiunii și masei sale) decât se aștepta pentru o lume stâncoasă. Acest lucru este în concordanță cu o lume de apă cu o masă care este de aproximativ 10 până la 20 la sută apă. Pe baza acestei estimări, cercetătorii cred că LHS 1140 b ar putea fi chiar o planetă hycean – o planetă oceanică care are cele mai multe dintre atributele unui super-Pământ, dar o atmosferă dominată de hidrogen în loc de azot.

Deoarece orbitează o stea slabă suficient de aproape pentru a fi blocată în funcție de maree, unele modele sugerează o planetă în mare parte înghețată, cu un ocean lichid substelar pe partea sa de zi.

În timp ce LHS 1140 b poate fi un super-Pământ, ipoteza planetei hycean ar putea ajunge să fie exclusă. Planetele Hycean sunt predispuse la efectul de seră fugitiv, care apare atunci când se acumulează suficiente gaze cu efect de seră în atmosfera unei planete și împiedică scăparea căldurii. Apa lichidă se va evapora în cele din urmă pe o planetă care nu se poate răci.

Deși ne apropiem de a afla ce fel de planetă este LHS 1140 b și dacă ar putea fi locuibilă, sunt necesare observații suplimentare. Cadieux dorește să continue această cercetare comparând datele NIRISS cu datele despre alte super-Pământuri care au fost colectate anterior de instrumentul NIRSpec al lui Webb. Cel puțin trei observații de tranzit ale planetei cu MIRI, sau instrumentul Mid-Infrared al lui Webb, sunt, de asemenea, necesare pentru a vă asigura că radiația stelară nu interferează cu observațiile planetei în sine.

„Având în vedere vizibilitatea limitată a LHS 1140b, ar putea fi necesari mai mulți ani de observații pentru a detecta potențiala atmosferă secundară”, au spus cercetătorii în același timp. studiu.

Deci ar putea această planetă să fie într-adevăr un exo-pământ înghețat? Suspansul va dura câțiva ani.

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