Za pomocą Hubble’a i Spitzera naukowcy odkryli egzoplanety wypełnione wodą

Korzystając z danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i emerytowanego Kosmicznego Teleskopu Spitzera, grupa naukowców odkryła dwie egzoplanety, które mogą składać się głównie z wody. Obie planety znajdują się wokół czerwonego karła oddalonego o 218 lat świetlnych, który ma niską gęstość.

Co więcej, naukowcy pod kierunkiem Caroline Piaulet z Trottier Institute for Exoplanet Research Uniwersytetu w Montrealu znaleźli dowody na istnienie dodatkowej planety krążącej w ekosferze czerwonego karła – regionie orbity wokół gwiazdy, w którym może krążyć planeta. Ma płynną wodę i inne warunki odpowiednie do życia.

Wodne światy: Kepler-138c i Kepler-138d

Nazwane Kepler-138c i Kepler-138d, wodne egzoplanety superziemi krążą wokół Keplera-138 – czerwonego karła znajdującego się w odległości około 218 lat świetlnych w konstelacji Lutni. Układ Kepler-138 składa się z czterech potwierdzonych egzoplanet, z których trzy zostały odkryte przez Wycofany już Kosmiczny Teleskop Keplera należący do NASA W 2014 roku podczas gdy czwarta została ujawniona w danych z badania pokazującego podobne do wody właściwości Kepler-138c i Kepler-138d.

Chociaż wody nie mierzono ani nie obserwowano bezpośrednio ani w Kepler-138c, ani -138d, Piaulet i in. Porównanie rozmiarów i mas egzoplanet z modelami komputerowymi. W ten sposób zespół doszedł do wniosku, że nawet połowa objętości Kepler-138c i -138d składa się prawdopodobnie z materiałów lżejszych od skały i cięższych od wodoru i helu.

Tego typu materiały znajdują się w wielu gazowych olbrzymach, takich jak Jowisz i Saturnz których najczęstszym jest woda.

Jedna z planet w układzie Kepler-138 jest dość wyjątkowa: promień Kepler-138d jest tylko 1,5 razy większy niż Ziemia, ale składa się z o 50% więcej substancji lotnych objętościowo — „lodowy superksiężyc”? Kepler-138c może być jego cieplejszym bliźniakiem. Piaulet i in. (@pracownik): https://t.co/TmtGeimakW pic.twitter.com/x9J0nBsOpL

Astronomia przyrody 15 grudnia 2022 r

„Wcześniej myśleliśmy, że planety nieco większe od Ziemi to wielkie kule z metalu i skał, jak rozszerzone wersje Ziemi i Dlatego nazwaliśmy ją Super Ziemiąwyjaśnił Bjorn Beneke, profesor astrofizyki na Uniwersytecie w Montrealu i współautor badania.

„Jednak pokazaliśmy teraz, że te dwie planety, Kepler-138c i d, mają bardzo różną naturę i że duża część ich całej objętości prawdopodobnie składa się z wody. Jest to najlepszy jak dotąd dowód na istnienie wodnych światów, typu planet, które astronomowie przypuszczali, że istnieje. Od dawna”.

Kepler-138c i -138d mają rozmiary ponad trzykrotnie większe od Ziemi i około dwukrotnie większą masę, co czyni je gigantycznymi egzoplanetami zgodnie z powszechnie stosowaną definicją. Jednak wodne światy są znacznie mniej gęste niż ziemskie, w przeciwieństwie do większości egzoplanet super-Ziemii, które mają skaliste jądra otoczone skalistymi warstwami.

Zamiast porównywać egzoplanety z innymi superziemiami, Piaulet i in. Porównaj Kepler-138c i -138d z niektórymi lodowymi księżycami w zewnętrznych krańcach naszego Układu Słonecznego, takimi jak EuropaI Ganimedes, i Tryton, i Enceladus. Te lodowe księżyce mają skaliste rdzenie z grubymi warstwami wody i lodu otaczającymi jądro, podobnie do wnętrza proponowanego dla Kepler-138c i -138d.

Wyobraź sobie większe wersje Europy lub Enceladusa, bogatych w wodę księżyców, które krążą wokół Jowisza i Saturna, ale znajdują się bardzo blisko swoich gwiazd. Zamiast lodowatej powierzchni zawierały duże otoczki pary wodnej” – wyjaśnił Piaoli.

Chociaż obecność dużych ilości wody na tych egzoplanetach może skłaniać do myślenia o możliwych warunkach sprzyjających życiu na egzoplanetach, Piaulet ostrzega, że ​​Kepler-138c i -138d mogą nie mieć oceanów wody w stanie ciekłym na swoich powierzchniach i że niektóre z ich właściwości nakładają ograniczenia jak pojawia się w nich woda.

Artystyczna wizja wnętrza Keplera-138d w porównaniu z wnętrzem Ziemi. (Źródło: Benoit Gougeon/Uniwersytet w Montrealu)

Temperatura w atmosferze Kepler-138d jest prawdopodobnie wyższa od temperatury wrzenia wody, a na planecie spodziewalibyśmy się gęstej, gęstej atmosfery zbudowanej z pary. Tylko pod tą oparową atmosferą może znajdować się woda w stanie ciekłym pod wysokim ciśnieniem, a nawet woda w innej fazie, która występuje pod wysokim ciśnieniem, zwanej cieczą nadkrytyczną” – powiedział Piaolet.

Kepler-138c i Kepler-138d, a także trzecia egzoplaneta o nazwie Kepler-138b, zostały odkryte w 2014 roku przez Kosmiczny Teleskop Keplera NASA za pomocą „metody tranzytowej”. Metoda tranzytu polega na tym, że teleskopy obserwują gwiazdę i zbierają dane dotyczące jej pozornej jasności w czasie. Kiedy egzoplaneta przechodzi przed gwiazdą, w zdarzeniu zwanym tranzytem, ​​egzoplaneta blokuje część światła gwiazdy, powodując spadek danych dotyczących jasności zebranych przez teleskop.

Ten spadek jasności nazywany jest „krzywą blasku” i pomaga planetologom i astrofizykom wykrywać i potwierdzać istnienie egzoplanet, jednocześnie identyfikując i badając specyficzne cechy egzoplanet.

Dla Piaulet i in. , zespół zastosował metodę przechodzenia z Hubble’a i Spitzer w celu zebrania danych na temat atmosfery i składu Kepler-138d do badań.

Kepler-138e: nowy dodatek do systemu Kepler-138

Piaulet et al. W badaniu zespół znalazł również dowody na istnienie dodatkowej egzoplanety wokół Keplera-138 w Hubble’u i Spitzera dane.

W danych zespół dostrzegł oznaki przyciągania grawitacyjnego w danych krzywej blasku dla Kepler-138c i -138d, co wskazuje, że bezprecedensowa egzoplaneta przyciąga orbity dwóch z obserwowanych egzoplanet.

Dwie superziemskie egzoplanety krążące wokół czerwonego karła mogą być „wodnymi światami”. Znajdują się one 218 lat świetlnych stąd, w gwiazdozbiorze Lutni i nie przypominają żadnej planety w naszym Układzie Słonecznym. https://t.co/vz4ahF6ytB pic.twitter.com/NNdv7OyzAT

– NASA Exoplanets (@NASAExoplanets) 15 grudnia 2022 r

Korzystając z danych dotyczących krzywej blasku i prędkości radialnej, określono położenie i całkowity rozmiar nowej egzoplanety, a świat Kepler-138e został wymodelowany zgodnie z konwencjami „nazewnictwa” Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU), w których egzoplanety są ułożone w kolejności ich wykrywania, nie odległość do gwiazdy macierzystej.

Pierwsza egzoplaneta odkryta w układzie, który przyjmuje oficjalne oznaczenie IAU gwiazdy macierzystej z umieszczoną na niej małą literą „b”, oznaczającą jej status egzoplanety. Litera „a” nie jest używana dla egzoplanet, ponieważ jest zarezerwowana dla gwiazdy macierzystej.

Dlatego Kepler-138e była czwartą egzoplanetą odkrytą na orbicie Keplera-138, a dane zdawały się wskazywać, że krąży ona w ekosferze swojej gwiazdy macierzystej. Oznacza to, że egzoplaneta jest przypadkowo najdalsza od Keplera-138 z czterech znanych egzoplanet w układzie, a jej okrążenie zajmuje 38 dni.

W przeciwieństwie do Kepler-138c i -138d, Kepler-138e jest bardzo mały.

Chociaż rozmiar egzoplanety i niektóre parametry orbity można ograniczyć na podstawie danych, wiele właściwości i ogólna natura Kepler-138e jest nieznanych ze względu na to, że egzoplaneta najwyraźniej znajduje się na nachylonej orbicie w stosunku do innych z widoku linii widzenia teleskopu. system. . Dlatego wydaje się, że patrząc z Ziemi, nie przecina Keplera-138 i nie można go zobaczyć bezpośrednio.

Ponieważ pozostałe trzy zewnętrzne planety w układzie Kepler-138 przechodzą przez gwiazdę, Metodę tranzytową można wykorzystać do określenia szczegółów atmosfery, składu, objętości, kształtu itp. Ponieważ Kepler-138e nie wydaje się przechodzić przez swoją gwiazdę macierzystą, nie można określić konkretnych szczegółów jego właściwości.

Jednak obecność Kepler-138e miała wpływ na wcześniejsze prace zespołu nad Kepler-138c i -138d i stworzyła potrzebę ponownego obliczenia mas pierwotnie pochodzących z trzech innych egzoplanet w układzie. Aby to zrobić, Piaulet i in. Użyj metody przesunięcia czasu tranzytu, która podobnie jak metoda tranzytu wykorzystuje teleskop i tranzyt egzoplanety, aby utworzyć krzywą blasku.

Następnie zespół zbadał niewielkie różnice w słabszej części krzywej spowodowane grawitacją dla innych planet w układzie.

Korzystając z tej metody i dodając Kepler-138e do pomiarów zespołu, Piaulet i in. Odkryto, że Kepler-138c i Kepler-138d są zasadniczo bliźniaczymi planetami, a nowe pomiary pokazują, że mają mniej więcej ten sam rozmiar i masę. Nowe pomiary zszokowały zespół, ponieważ wcześniej uważali, że te dwie planety bardzo różnią się wielkością i masą.

Co więcej, nowe pomiary potwierdziły, że Kepler-138b, najbliższa znana egzoplaneta Kepler-138, jest małą egzoplanetą o masie podobnej do masy Marsa, co czyni ją jedną z najmniejszych egzoplanet, jakie kiedykolwiek odkryto.

Piaulet i in. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy 15 grudnia.

(Główne zdjęcie: Artystyczna ilustracja układu Kepler-138, z Kepler-138d na pierwszym planie, Kepler-138c po lewej i Kepler-138b przecinający czerwonego karła w tle. Źródło: NASA/ESA/Leah Hustak (STScI ))