Zo všetkých možných super-Zem – pozemských exoplanét väčších ako Zem – môže byť exoplanéta obiehajúca okolo hviezdy v súhvezdí Cetus, vzdialená len 40 svetelných rokov, najpodobnejšou planétou, aká bola kedy nájdená.
Exoplanéta LHS 1140 b sa považovala za mini-Neptún, keď ju koncom roka 2023 prvýkrát objavil vesmírny teleskop Jamesa Webba agentúry NASA. Po analýze údajov z týchto pozorovaní tím výskumníkov vedený astronómom Charlesom Cadieuxom z Université de Montréal navrhol, že LHS 1140 b je pravdepodobnejšie super-Zem.
Ak je táto planéta alternatívnou verziou našej planéty, jej relatívna blízkosť k jej chladnému červenému trpaslíkovi znamená, že by to bol pravdepodobne obrovský ľadovec alebo väčšinou zamrznutý objekt s podhviezdnym oceánom (oblasť najbližšie k jej hviezde), vďaka čomu vyzerá ako kozmické oko. Teraz sa verí, že je to planéta, ktorá má na svojom povrchu s najväčšou pravdepodobnosťou tekutú vodu, a preto môže byť obývateľná.
Cadieux a jeho tím tvrdia, že našli „presvedčivé dôkazy [nitrogen]-Dominuje atmosféra obývateľnej zóny super-Zem“ Štúdium Nedávno publikované v The Astrophysical Journal Letters.
Prepáč, Neptún…
V decembri 2023 boli pomocou prístroja NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) namontovaného na webe pozorované dva prechody LHS 1140b. NIRISS sa špecializuje na odhaľovanie exoplanét a získavanie informácií o nich prostredníctvom tranzitnej spektroskopie, ktorá zachytáva svetlo hostiteľskej hviezdy obiehajúcej planéty pri jej ceste cez atmosféru tejto planéty smerom k Zemi. Analýza rôznych spektrálnych pásov v tomto svetle potom môže vedcom povedať o konkrétnych atómoch a molekulách prítomných v atmosfére planéty.
Na testovanie predchádzajúcej hypotézy, že LHS 1140 b je mini-Neptún, vedci vytvorili 3D globálny klimatický model alebo GCM. Použila zložitú matematiku na preskúmanie rôznych kombinácií faktorov, ktoré tvoria klimatický systém planéty, ako je pevnina, oceán, ľad a atmosféra. Niekoľko rôznych GCM Mini-Neptúna sa porovnalo so svetelným spektrom pozorovaným prostredníctvom tranzitnej spektroskopie. Modely mini-Neptúna zvyčajne zahŕňajú plynného obra s hustou, bezoblačnou alebo takmer bezoblačnou atmosférou, ktorej dominuje vodík, ale spektrálne pásy tohto modelu nezodpovedajú pozorovaniam NIRISS.
Keďže možnosť mini-Neptúna bola takmer vylúčená (hoci potvrdenie toho by si vyžadovalo ďalšie pozorovanie a analýzu), Cadieuxov tím sa rozhodol pre ďalšiu možnosť: super-Zem.
Zem ďaleko od Zeme?
Spektrá pozorované z NIRISS boli viac konzistentné s GCM super-Zeme. Tento typ planéty má zvyčajne hrubú vrstvu dusíka alebo CO2-Bohatá atmosféra obklopovala skalnatý povrch, na ktorom bola v nejakej forme prítomná voda, či už v zamrznutej alebo tekutej forme.
Model tiež navrhol sekundárnu atmosféru, čo je atmosféra vytvorená po uvoľnení ľahších prvkov (vodík a hélium) z pôvodnej atmosféry počas raných štádií formovania planéty. Sekundárna atmosféra je tvorená ťažkými prvkami uvoľnenými z kôry, ako je vodná para, oxid uhličitý a metán. Bežne sa vyskytujú na horúcich terestrických planétach (Zem má sekundárnu atmosféru).
Najvýznamnejšie údaje Webb/NIRISS, ktoré sa nezhodovali s GCM, bolo, že hustota planéty (na základe meraní jej veľkosti a hmotnosti) je nižšia, ako sa očakávalo pre skalnatý svet. To je v súlade s vodným svetom, ktorého hmotnosť je asi 10 až 20 percent vody. Na základe tohto odhadu sa výskumníci domnievajú, že LHS 1140 b môže byť tiež hysénskou planétou – oceánskou planétou, ktorá má väčšinu vlastností super-Zeme, ale s atmosférou, ktorej dominuje skôr vodík ako dusík.
Pretože obieha okolo slabej hviezdy tak blízko, že je slapovo uzamknutá, niektoré modely naznačujú, že ide o prevažne ľadovú planétu s podhviezdnym tekutým oceánom na jej dne.
Zatiaľ čo LHS 1140 b môže byť super-Zem, hypotézu planéty Hysene možno vylúčiť. Hysénové planéty sú náchylné na nekontrolovaný skleníkový efekt, ku ktorému dochádza, keď sa v atmosfére planéty nahromadí dostatok skleníkových plynov a zabráni úniku tepla. Tekutá voda by sa nakoniec vyparila na planéte, ktorá by sa nedokázala ochladiť.
Aj keď sa blížime k zisteniu, aký druh planéty LHS 1140 b je a či by mohla byť obývateľná, stále sú potrebné ďalšie pozorovania. Cadieux chce pokračovať v tomto výskume porovnaním údajov NIRISS s údajmi z iných superzemí, ktoré predtým zozbieral Webbov Near-Infrared Spectrograph alebo nástroj NIRSpec. Sú tiež potrebné aspoň tri tranzitné pozorovania planéty Webbovým MIRI alebo stredným infračerveným prístrojom, aby sa zabezpečilo, že hviezdne žiarenie nebude rušiť pozorovania planéty.
„Vzhľadom na obmedzenú viditeľnosť LHS 1140b môže byť potrebných mnoho rokov pozorovaní na zistenie jeho možnej sekundárnej atmosféry,“ uviedli vedci v tej istej správe. Štúdium,
Mohla by teda byť táto planéta skutočne zamrznutou Zemou? Toto tajomstvo zostane ešte niekoľko rokov.
Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad5afa
