Odkrycie nowego typu planet składających się głównie z wody

Dzięki szczegółowym badaniom układu planetarnego oddalonego o 218 lat świetlnych zespół międzynarodowych naukowców dostarczył dowodów na istnienie nowego typu planety zwanej Wodnym Światem.

Drużyna prowadziła Karolina Piolet, doktor student Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) na Uniwersytecie w Montrealu, opublikował szczegółowe studium układu planetarnego Kepler-138. Badanie zatytułowane Evidence for the Variability-Rich Composition of a Planet of Radius 1.5 zostało opublikowane w Nature Astronomy.

Piaulet wykorzystał dane z Kosmicznych Teleskopów Hubble’a i Spitzera do analizy składu egzoplanet Kepler-138c i Kepler-138d i odkrył, że planety jako całość muszą składać się głównie z wody.

„Wcześniej myśleliśmy, że planety nieco większe od Ziemi to duże kule z metalu i skał, przypominające rozszerzone wersje Ziemi, dlatego nazwaliśmy je superziemiami” – wyjaśnia Bjorn Beneke, współautor artykułu. dodaje Diana Dragomir, adiunkt na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Nowym Meksyku oraz współautorka badań. „Te planety nie przypominają żadnych innych planet w naszym Układzie Słonecznym. Najbliższym porównaniem mogą być niektóre z lodowych księżyców w zewnętrznym Układzie Słonecznym, które również składają się w dużej części z wody, a jedynie skały w środku.”

„Wyobraź sobie większe wersje Europy lub Enceladusa, bogatych w wodę księżyców, które krążą wokół Jowisza i Saturna w naszym Układzie Słonecznym, ale znajdują się bardzo blisko swojej gwiazdy” – wyjaśnia Piaulet. „Zamiast powierzchni lodu zawierały duże otoczki pary wodnej”.

Obserwacje Keplera-138 za pomocą Hubble’a i Spitzera

W 2014 roku dane z Teleskopu Kosmicznego Keplera pozwoliły astronomom ogłosić odkrycie trzech planet krążących wokół Keplera-138, małej gwiazdy w gwiazdozbiorze Lutni, 218 lat świetlnych od Ziemi. Krzywa blasku — ilość światła otrzymanego od gwiazdy w danym okresie — pokazuje tranzyty planet przed gwiazdą, które są postrzegane jako małe okresowe pociemnienia samej gwiazdy.

Beneke i Dragomir wpadli na pomysł ponownej obserwacji układu planetarnego i zaproponowali czas teleskopom kosmicznym Hubble’a i Spitzera i uzyskali odpowiednio ten czas. Ich celem było uchwycenie większej liczby tranzytów Keplera-138 d, trzeciej planety w układzie, w celu zbadania jej atmosfery.

„Szczególnie obserwacje Spitzera mogą być trudne do analizy” — wyjaśnia Dragomir — „i na początku nie wydawało się, że uda nam się wyciągnąć z nich wiele przydatnych informacji”. Jednak zachęciłem Caroline do podjęcia kolejny wysiłek w analizowaniu tych wyjątkowych obserwacji, ale ostatecznie było warto”.

Kiedy Piaolet przeanalizowała pełny zestaw obserwacji Keplera, Hubble’a i Spitzera, znalazła zaskakujący wynik: nowe obserwacje wymagały czwartej planety w układzie, Kepler-138e.

Nowa egzoplaneta w układzie

Nowo odkryta planeta w układzie, Kepler-138 e, jest mniejszą planetą znajdującą się dalej od swojej gwiazdy niż pozostałe trzy, a jej okrążenie zajmuje 38 dni. Planeta znajduje się w „mieszkalnej” strefie swojej gwiazdy, strefie umiarkowanej, w której planeta otrzymuje odpowiednią ilość ciepła od swojej młodej gwiazdy, aby nie było ani za gorąco, ani za zimno, aby mogła istnieć woda w stanie ciekłym. Jednak charakter tej planety pozostaje kwestią otwartą, ponieważ wydaje się, że nie przechodzi ona przez swoją gwiazdę macierzystą. Obserwacja tranzytu egzoplanety była sposobem, w jaki astronomowie określali jej rozmiar.

Mając teraz na zdjęciu Kepler-138 e, ponownie zmierzono masy znanych wcześniej planet za pomocą metody Transit Timing Variation (TTV), która polega na śledzeniu niewielkich różnic w dokładnych momentach tranzytu planety przed swoją gwiazdą z powodu przyciąganie grawitacyjne innych pobliskich planet.

wodne światy

Przy rozmiarach ponad trzykrotnie większych od Ziemi i masie dwukrotnie większej, gęstość planet C i D jest znacznie mniejsza niż nasza. Oznacza to, że nie mogą być wykonane głównie z metalu i skał, jak Ziemia. Jest to zaskakujące, ponieważ większość planet nieco większych od Ziemi, które do tej pory szczegółowo zbadano, wszystkie wyglądały jak powiększone wersje samych siebie.

Porównując rozmiary i masę planet z modelami, doszli do wniosku, że znaczna część ich objętości — nawet połowa — musi składać się z materiałów lżejszych od skał, ale cięższych od wodoru lub helu (które stanowią większość gazowe olbrzymy, takie jak Jowisz). Najczęstszym z nich jest woda. Planety te były wcześniej tylko hipotezą i nieformalnie nazywane przez astronomów „wodnymi światami” lub „planetami oceanów”.

„W tym przypadku nie bardzo podoba mi się termin planeta oceaniczna, ponieważ użycie słowa ocean sprawia wrażenie, jakby planeta była pokryta dużymi oceanami płynnej wody” – wyjaśnia Piaulet. Jednak nie wiemy, czy tak jest w przypadku tych dwóch planet, biorąc pod uwagę ich wysokie temperatury. Zamiast tego pod atmosferą pary wodnej możemy znaleźć wodę w stanie ciekłym lub wodę w innej fazie, która występuje pod wysokim ciśnieniem, zwaną nadkrytyczną. „

Niezależnie od tego, czy Kepler-138 c i d należą do klasy planet – wodnych światów – które są powszechne, ale trudne do znalezienia lub naprawdę rzadkie, przypominają nam, że egzoplanety często bardzo różnią się od znanych nam światów w naszym Układzie Słonecznym. wodne światy będą nadal wzbudzać naszą ciekawość i nadal będą wybieranymi celami dla najpotężniejszych teleskopów astronomów” – podsumowuje Dragomir.