Νέα ευρήματα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb αποκαλύπτουν ότι ο εξωπλανήτης Trappist-1 b που μοιάζει με τη Γη μπορεί να έχει μια ατμόσφαιρα τελικά, ανατρέποντας ενδεχομένως προηγούμενα ευρήματα. Περίπου σαράντα έτη φωτός μακριά από τη Γη, επτά πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον αστέρα Trappist-1, τρεις από τους οποίους –οι Trapist-1e, f και g– βρίσκονται στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου και θα μπορούσαν θεωρητικά να είναι αρκετά θερμοί, ώστε να επιτρέπουν την ύπαρξη υγρού νερού στις επιφάνειές τους. Από την εκτόξευσή του, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έχει καταγράψει 290 ώρες παρατηρώντας το σύστημα Trappist-1 σε δέκα ερευνητικές προσπάθειες.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση του εξωπλανήτηTrappist-1 b (δεξιά στην εικόνα).

Η Elsa Ducort από το Commissariat aux Énergies Atomiques (CEA) του Παρισιού ηγήθηκε της ομάδας μελέτης, η οποία ανέλυσε τις μετρήσεις υπέρυθρης θερμικής ακτινοβολίας που συλλέχθηκαν από το Mid-Infared Imager (MIRI) του JWST. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης  οδήγησαν στο συμπέρασμα του περασμένου έτους ότι ο Trappist-1 b είναι απίθανο να έχει ατμόσφαιρα. «Ωστόσο, η ιδέα ενός βραχώδους πλανήτη, με μια βαριά φθαρμένη επιφάνεια χωρίς ατμόσφαιρα, δεν συνάδει με τις τρέχουσες παρατηρήσεις», δήλωσε ο Jeroen Bouwman, αστρονόμος στο Ινστιτούτο Αστρονομίας Max Planck της Χαϊδελβέργης (MPIA). «Ως εκ τούτου, πιστεύουμε ότι ο πλανήτης καλύπτεται με σχετικά αμετάβλητο υλικό».

Η ΝΕΑΝΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΟΥ Trappist-1 b

Τυπικά, η έντονη ακτινοβολία των άστρων και οι προσκρούσεις μετεωριτών για μεγάλες χρονικές περιόδους θα μπορούσαν να εκθέσουν σε δυσμενείς καιρικές συνθήκες κάθε βραχώδη πλανήτη που δεν έχει ατμόσφαιρα. Ο Trappist-1 b, ωστόσο, διαθέτει έναν φλοιό ηλικίας μόλις 1.000 ετών, πολύ νεότερο από τα δισεκατομμύρια χρόνια που υπάρχει ο πλανήτης. Πιθανές εξηγήσεις για τη μετατόπιση του φλοιού του πλανήτη περιλαμβάνουν ηφαιστειακή δραστηριότητα και τεκτονική των πλακών, αν και δεν υπάρχουν ακόμη στοιχεία που να αποδεικνύουν μια τέτοια αιτιότητα.

Οι επιστήμονες έχουν πολλές θεωρίες για το πώς ο Trappist-1 b μπορεί να διατηρεί αρκετή θερμότητα για να οδηγήσει τέτοιες δραστηριότητες. Λόγω του μεγέθους του, ο πλανήτης μπορεί να διατήρησε μεγάλο μέρος της θερμότητας που παρήχθη κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του, παρόμοια με αυτό που έκανε κάποτε η Γη. Η βαρυτική έλξη του αστεριού του και των κοντινών πλανητών μπορεί να δημιουργήσει τριβή στο εσωτερικό του πλανήτη που παράγει θερμότητα, κάτι που έχουν παρατηρήσει οι αστρονόμοι στον δορυφόρο του Δία, την Ιώ. Τέλος, μερικά κοντινά αστέρια θα μπορούσαν να προκαλέσουν θερμότητα μέσω των μαγνητικών τους πεδίων.

«Τα δεδομένα επιτρέπουν επίσης μια εντελώς διαφορετική λύση», λέει ο Thomas Henning, επίτιμος διευθυντής του MPIA και ένας από τους κύριους αρχιτέκτονες του οργάνου MIRI. «Σε αντίθεση με τις προηγούμενες ιδέες, υπάρχουν συνθήκες υπό τις οποίες ο πλανήτης θα μπορούσε να έχει μια παχιά ατμόσφαιρα πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2)».

ΑΙΘΑΛΟΜΙΧΛΗ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ

Το κομμάτι του παζλ που λείπει θα μπορούσε να είναι μια αιθαλομίχλη υδρογονανθράκων που καλύπτει την ανώτερη ατμόσφαιρα. Δύο πρωτοβουλίες παρατήρησης του Trappist-1 b μέτρησαν τη φωτεινότητα του πλανήτη σε μήκη κύματος εκτός της θερμικής υπέρυθρης περιοχής. Η μία είχε στόχο να παρατηρήσει εάν ένα στρώμα CO2 απορροφούσε την υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά η αδυναμία αυτής της μεθόδου να ανιχνεύσει τυχόν εξασθένιση υποδηλώνει στους ερευνητές ότι δεν υπήρχε ατμόσφαιρα.

Στη συνέχεια, η ομάδα ανέπτυξε μοντέλα που κατανοούσαν καλύτερα πώς θα συμπεριφερόταν μια τέτοια ατμόσφαιρα πλούσια σε CO2. Καθώς η πίεση αυξάνεται από την κορυφή προς τα κάτω, τα χαμηλότερα επίπεδα μιας ατμόσφαιρας είναι συνήθως θερμότερα από αυτά που βρίσκονται πάνω.

Τα μοντέλα της ομάδας έδειξαν ότι η ομίχλη CO2 που περίμεναν θα συμπεριφερόταν πολύ διαφορετικά. Σε μια τέτοια ατμόσφαιρα, το ανώτερο στρώμα θα ήταν εξαιρετικά ζεστό λόγω του αστρικού φωτός που απορροφά CO2, θερμαινόμενο μέχρι ένα αφανές φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σε ένα τέτοιο σενάριο, το διοξείδιο του άνθρακα της ανώτερης ατμόσφαιρας θα εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία, όπως το μεθάνιο από το φεγγάρι του Κρόνου, τον Τιτάνα.

ΑΜΦΙΒΟΛΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟΝ TRAPPIST-1 b

Παρά τα όσα αποκαλύπτει το μοντέλο, ορισμένοι ερευνητές δεν πείθονται ακόμη και αν οι νέες πληροφορίες ταιριάζουν με τα δεδομένα του πραγματικού κόσμου. Επισημαίνουν τη δυσκολία στην απόκτηση ατμοσφαιρών CO2 για τη δημιουργία νέφους υδρογονανθράκων. Ενώ η επίδραση εμφανίζεται στον Τιτάνα, αυτά τα σύννεφα είναι μεθάνιο, όχι υδρογονάνθρακες. Επιπλέον, ως ένα αστέρι κόκκινος νάνος, ο Trappist-1 μπορεί να παράγει ασταθή διαστημικό καιρό που θα μπορούσε να αποδεκατίσει την ατμόσφαιρα των γύρω πλανητών με την πάροδο του χρόνου.

Ενώ το JWST έχει αλλάξει σημαντικά το παιχνίδι στην παρατήρηση του Σύμπαντος, το κορυφαίο διαστημικό παρατηρητήριο της NASA εξακολουθεί να έχει όρια. Βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη παράγουν πολύ πιο αδύναμες μετρήσεις από τους τεράστιους γίγαντες αερίων. Παρόλο που οι δύο μελέτες παρατήρησαν το Trappist-1 b για σχεδόν 48 ώρες, δεν μπόρεσαν να συλλέξουν αρκετά δεδομένα για να προσδιορίσουν οριστικά αν είχε ατμόσφαιρα.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΕΞΩΠΛΑΝΗΤΩΝ

Κατά τη διάρκεια των πρόσφατων παρατηρήσεων, οι πλανήτες του Trappist-1 παρατηρήθηκαν  καθώς περνούσαν μπροστά από τον μητρικό τους αστέρα, μειώνοντας τη λαμπρότητα του κόκκινου νάνου. Η μέθοδος της φασματοσκοπίας διάβασης μετρά το μήκος κύματος της μείωσης της έντασης, και δεδομένου ότι διαφορετικά αέρια απορροφούν διαφορετικά μήκη κύματος, η διαδικασία μπορεί να καθορίσει ποια αέρια υπάρχουν. Αν και αυτή η μέθοδος είναι συνήθως αποτελεσματική, η αστάθεια ενός κόκκινου νάνου αστέρα,όπως ο Trappist-1, καθιστά δύσκολη την απόκτηση μετρήσεων ακριβείας. Είναι δύσκολο να γίνει διάκριση μεταξύ του θαμπώματος που προκαλείται από ένα διερχόμενο αντικείμενο και των διακυμάνσεων στη φωτεινότητα λόγω των κηλίδων και των εκρήξεων των αστεριών.

Μια άλλη μέθοδος που μετριάζει μερικά από αυτά τα ζητήματα είναι να κοιτάξουμε την πλευρά του πλανήτη που θερμαίνεται από τον αστέρα του στο θερμικό υπέρυθρο. Ακριβώς πριν ένας πλανήτης περάσει πίσω από τον αστέρα του, το φως των αστεριών που χτυπά την επιφάνειά του είναι εύκολο να παρατηρηθεί. Η υπέρυθρη ακτινοβολία που συλλέγεται παρέχει πολλές ενδείξεις για την επιφάνεια και την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, αλλά η συλλογή αυτών των δεδομένων είναι πολύ πιο χρονοβόρα από τη φασματοσκοπία διάβασης.

ΕΠΟΜΕΝΑ ΒΗΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΥΡΕΣΗ ΠΛΑΝΗΤΩΝ ΠΟΥ ΜΟΙΑΖΟΥΝΜΕ ΤΗ ΓΗ

Το επόμενο βήμα της ομάδας θα είναι να αναλύσει δεδομένα από την πιο εντατική προσπάθεια συλλογής τους και τελικά να κρίνει εάν ο πλανήτης διαθέτει ατμόσφαιρα. Καταγράφοντας την πλήρη τροχιά του Trappist-1 b, οι ερευνητές απέκτησαν δεδομένα για όλες τις φάσεις φωτισμού της νυχτερινής πλευράς του και της ημέρας ακριβώς πριν και μετά την κάλυψή του από τον αστέρα. Οι αστρονόμοι θα χρησιμοποιήσουν αυτά τα δεδομένα για να δημιουργήσουν μια «καμπύλη φάσης» που θα καταδεικνύει τη διακύμανση της φωτεινότητας, η οποία, με τη σειρά της, θα αποκαλύψει την κατανομή της θερμοκρασίας της επιφάνειας. Εάν η θερμοκρασία πέσει δραστικά κατά τη διάρκεια της μετάβασης από μέρα σε νύχτα, θα υποδηλώνει την έλλειψη ατμόσφαιρας για τη διατήρηση της θερμότητας.

Η ερευνητική προσπάθεια για τον Trappist-1 είναι μόνο μία από τις πολλές πρωτοβουλίες για τη διερεύνηση της ατμόσφαιρας πλανητών που μοιάζουν με τη Γη. Η NASA ενέκρινε πρόσφατα ένα πρόγραμμα που ονομάζεται Rocky Worlds, το οποίο θα επιτρέψει 500 ώρες παρατήρησης της ατμόσφαιρας των βραχωδών πλανητών.

Η νέα εργασία με τίτλο  “Combined Analysis of the 12.8 and 15 μm JWST/MIRI Eclipse Observations of TRAPPIST-1 b” δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Astronomy στις 16 Δεκεμβρίου 2024.

Περισσότερα εδώ


Παναγιώτης Νιάρχος

ΕΚΠΑ