Проучване: Засечена ли е екзопланета с океан?

Р ядка планета на около 245 светлинни години от нас може да се окаже ключът към разкриването на планетарна мистерия.

Екзопланета, наречена TOI-733b, с радиус два пъти по-малък от този на Земята, обикаля около звезда, малко по-малка от Слънцето, за период от 4,9 дни. Измерванията на плътността ѝ показват, че е възможно или да е загубила атмосферата си, или да е покрита с океан.

При такава орбитална близост, топлината от звездата вероятно би изпарила атмосферата на TOI-733b – което означава, че в сравнително кратък период тя може да се превърне в гола скала.

Това, според екип астрономи, ръководен от Искра Георгиева от Технологичния университет Чалмърс в Швеция, може да помогне на учените да направят любопитнo откритие в областта на екзопланетите: защо има толкова малко планети между 1,5 и 2 земни радиуса.

Наблюдава се бум на откриването на екзопланети, откакто през 90-те били открити първите. Към момента на писане са открити и потвърдени над 5300 екзопланети, заедно с още хиляди кандидати. Това дава възможност да се наблюдават модели и зависимости свързани с планетите.

We May Have Just Detected an Elusive Ocean World Orbiting a Sun-Like Star https://t.co/j1vk1x8Mrb

— ScienceAlert (@ScienceAlert) April 24, 2023

Някои от тези модели се дължат на начина, по който търсим екзопланети. Двата основни метода са чрез транзитна и радиална скорост.

Транзитът наблюдава слабите промени в звездната светлина, което показва момента, в който орбиталната екзопланета минава между нас и звездата. Измерванията на радиалната скорост търсят малките промени в дължината на вълната на звездната светлина.

И двата метода работят по-успешно при откриването на по-големи планети в близки орбити, така че те съставляват повечето екзопланети.

Но някои модели не могат да бъдат обяснени с помощта на технологиите. Такъв пример е долината на планетата с малък радиус. Открити са учудващо малко планети, които попадат между категориите за суперземните екзопланети, до 1,5 земни радиуса и мини-Нептуни, над 2 земни радиуса.

Излизат нови доказателства за свиващите се мини-Нептуни – планети от горната страна на долината на радиуса, които губят атмосферата си под пламтящата топлина на своите звезди, превръщайки се в по-малки и оголени ядра от долната страна на радиусната долина.

Не е напълно ясно обаче дали звездата води до тази загуба на маса, или това е вътрешен процес, задвижван от топлината, излизаща от ядрото на екзопланетата.

Екзопланетите в радиусната долина са ключът към разгадаването на мистерията. Ако учените успеят да открият достатъчен брой планети, които преминават през този процес, може да се направи анализ, чрез който да се опитат да разберат защо има такава разлика в размерите на екзопланетите.

TESS discovers a planet the size of Mars but with the makeup of Mercury. The boiling new world, which zips around its star at ultraclose range, is among the lightest exoplanets found to date. https://t.co/ZoeBvXjJhc pic.twitter.com/OdEfMZMCQs

— Massachusetts Institute of Technology (MIT) (@MIT) January 10, 2022

Георгиева и нейният екип откриха орбитална екзопланета в данни, събрани от телескопа на НАСА TESS, и използваха спектрографа за търсене на планети с висока точност на радиална скорост (HARPS) в 3,6-метровия телескоп ESO La Silla, за да измерят нейните характеристики.

Данните от TESS разкриха орбиталния период на екзопланетата, установявайки, че планетата е много близо до фотоизпаряване. Но транзитните данни не разкриват само орбиталния период. Ако се знае колко ярка е една звезда, чрез количеството светлина, блокирано от транзита на екзопланета, астрономите могат да узнаят радиуса й.

По този начин са измерили, че е на 1,99 земни радиуса, а спектрографът HARPS измерва радиалната скорост на звездата. Това може да помогне за измерването на екзопланетата. Ако се знае масата на звездата и колко се движи, докато взаимодейства гравитационно с екзопланетата, може да се разбере каква е масата на екзопланетата. В този случай тази маса е 5,72 земни маси.

След това ако масата и радиусът се комбинират ще получим плътността й, а от там можем да се направим извод за състава й. TOI-733b има плътност от 3,98 грама на кубичен сантиметър. Това е само малко над плътността на Марс и по-малко от плътността на Земята, която е 5,51 грама на кубичен сантиметър.

Все още не известно точно от какво е направен TOI-733b, но екипът е извършил моделиране и е установил, че ако екзопланетата някога е имала, подобна на Нептун, атмосфера от водород и хелий, вероятно вече я е загубила. Въпреки това, ако случаят беше такъв, екзопланетата би трябвало да е формирала вторична атмосфера от по-тежки елементи.

Също така е възможно това да е планета с океан. В този случай тя щеше да е загубила своя водород и хелий, но атмосферата, която щеше да остане, би била богата на водна пара, която е по-устойчива на фотоизпарителни процеси. В този случай екзопланетата не би претърпяла значителна загуба на атмосферна маса.

The Search for Life in the Universe Documentary - Exoplanets and the Search for a Second Earth - https://t.co/X5cyjcH1d4 pic.twitter.com/nhmRhnIltM

— ViZzyon.Com.TR (@iLGinciX) October 20, 2019

„Отговорът на въпроса дали TOI-733b има вторична атмосфера или е океанска планета се свежда до разграничаване й между подобна на Нептун планета, която е загубила своите ~10 процента от H/He, за да остави след себе си парна атмосфера от по-тежки летливи вещества, и планета която се е формирала и е останала относително същата през цялата си еволюция", пишат изследователите.

„Въпреки че е извън обхвата на тази статия, намирането на отговор на този въпрос ще има широки принос върху разбирането ни за екзопланетите.“

За съжаление, ще трябва да изчакаме известно време за да получим отговори. Дотогава единствено може да се изследват атмосферите на транзитите на екзопланетите - изучаване на промените в светлината нa звездата по време на екзопланетни транзити. Всяка светлина, която преминава през атмосферата се променя и учените могат да изследват тези промени, за да определят атмосферния състав.

Но TOI-733b не е особено подходяща планета за извършване на такова проучване. Ще трябва да се изчака за следващо поколение телескопи, за да е възможно учените да проникнат в атмосферните тайни на TOI-733b.

„По всичко личи, че TOI-733 b е интересна планета и може да бъде малка, но ключова част в решаването на големите пъзели на науката за екзопланетите“, пишат те.

Изследването е прието в Astronomy & Astrophysics и е достъпно на arXiv.