Där ute i rymden finns ett ovanligt exoplanetnamn Gliese 3470 b (GJ 3470 b.) Det är en konstig värld, typ som en hybrid mellan Jorden och Neptun. Den har en stenig kärna som Jorden, men är omgiven av en atmosfär av väte och helium. Den kombinationen är till skillnad från något i vårt eget solsystem.
Planeten kretsar runt en röd dvärgstjärna som heter Gliese 3470, i konstellationen Cancer. GJ 3470 b är ungefär 12,6 jordmassor, vilket betyder att det är ungefär halvvägs mellan jorden och Neptunus i massa. (Neptun är cirka 17 jordmassor.)
Tack vare Kepler-uppdraget vet vi att det finns många exoplaneter i detta massområde. Det är möjligt att upp till 80% av planeterna faller inom detta intervall, även om framtida exoplanetuppdrag utan tvekan kommer att klargöra det. Hittills har astronomer inte tittat på atmosfären på en av dessa planeter, och därför är deras bildning lite av ett mysterium.
Hubble och Spitzer rymdteleskop har samarbetat för att titta närmare på atmosfären i GJ 3470 b, och det är första gången som astronomer har kunnat identifiera det kemiska fingeravtrycket i atmosfären på en planet som denna. Vad de fann är att planeten har en nästan orörlig, primordial atmosfär av väte och helium, utan några tyngre element närvarande.
Och det är lite av ett mysterium.
"Vi har inte något liknande i solsystemet, och det är det som gör det slående."
Björn Benneke från University of Montreal i Kanada
Half Star, Half Planet?
GJ 3470 b, med sin atmosfär av väte och helium, är mer som en stjärna än en planet på vissa sätt. Vår egen sol är 73% väte, och resten är nästan allt helium. Endast en liten del av solen är tyngre element som syre, neon, järn och kol. Gasjättarna Jupiter och Saturn är mest väte och helium, men de innehåller också andra föreningar som metan och ammoniak, samt tyngre element. Dessa föreningar är nästan frånvarande i GJ 3470 b.
”Det här är en stor upptäckt ur planetbildande perspektiv. Planeten kretsar mycket nära stjärnan och är mycket mindre massiv än Jupiter - 318 gånger jordens massa - men har lyckats anskaffa den primära vätgas- / heliumatmosfären som till stor del är 'förorenad' av tyngre element, säger Björn Benneke från University of Montreal i Kanada, i ett NASA-pressmeddelande. "Vi har inte något liknande i solsystemet, och det är det som gör det slående."
Astronomerna bakom det här arbetet kombinerade båda rymdteleskopens flera våglängdsfunktioner för att få en bra titt på GJ 3470 b: s atmosfär. De gjorde det genom att mäta absorptionen av stjärnbelysning när exoplaneten passerade framför dess värdstjärna. De mätte också förlusten av reflekterat ljus när exoplaneten passerade efter stjärnan. Sammantaget observerade paret rymmeteleskop 12 transiter och 20 förmörkelser.
Astronomer använder spektroskopi för att identifiera kemiska fingeravtryck av väte och helium i atmosfären, och planetens atmosfär gjorde allt detta möjligt. Det är mest tydligt med väldigt lite dis, vilket betyder att de kunde titta djupt in i atmosfären. "För första gången har vi en spektroskopisk signatur av en sådan värld," sade Benneke.
Men den spektroskopin avslöjade något oväntat. Astronomerna trodde att de skulle hitta en liknande kemisk sammansättning som planeten Neptun, med tyngre element som syre och kol. Men istället hittade de en atmosfär som liknade solen.
"... vi hittade en atmosfär som är så dålig i tunga element att dess sammansättning liknar solens väte / helium-rika sammansättning."
BJÖRN BENNEKE FÖR UNIVERSITY OF MONTREAL I CANADA
"Vi förväntade oss en atmosfär som är starkt berikad med tyngre element som syre och kol som bildar riklig vattenånga och metangas, liknande det vi ser på Neptun," sade Benneke. "I stället hittade vi en atmosfär som är så dålig i tunga element att dess sammansättning liknar solens väte / helium-rika sammansättning."
Piecing It Together
Nu när astronomer har fått ett bra grepp på exoplanetens atmosfär, tack vare den kombinerade kraften från Hubble och Spitzer rymdteleskop, kan de börja förstå hur denna udda planet kan ha bildats.
GJ 3470 b står i skarp kontrast till andra exoplaneter. Astronomer tror att andra exoplaneter, till exempel Hot Jupiters, bildas på stort avstånd från sin sol och migrerar sedan inåt. Men astronomer tror att denna exoplanet bildade mycket nära sin röda dvärgstjärna, nära där den är placerad idag.
Det formades troligen som ett litet stenigt föremål först, inbäddat i mitten av den protoplanetära skivan, ungefär samtidigt som stjärnan bildades. Den skulle ha samlat, eller ackrediterat, sin atmosfär av samma grundmaterial på skivan som stjärnan bildades av. Och det skulle förklara dess väte / heliumatmosfär, och varför den saknar tyngre element.
"Detta är en stor upptäckt ur planetbildande perspektiv."
BJÖRN BENNEKE FÖR UNIVERSITY OF MONTREAL I CANADA
"Vi ser ett objekt som kunde ackumulera väte från den protoplanetära skivan men inte rymde för att bli en het Jupiter," sade Benneke. "Detta är en spännande regim."
Det som kan ha hänt är att det fortfarande tillträdde materien från disken, men stjärnan växte snabbare och disken försvann. Detta förhindrade GJ 3470 b från att växa sig större och bli mer som gasjättarna i vårt solsystem, med tyngre element i atmosfären.
För nu är det här vår förståelse av denna spännande, udda exoplanet står. Men när James Webb Space Telescope (JWST) är igång, kommer det att berätta mer.
JWST är ett kraftfullt rymdteleskop som kan se in i det infraröda med en aldrig tidigare skådad känslighet. Det kommer att kunna undersöka atmosfären i GJ 3470 b och andra exoplaneter och avslöja saker som ännu inte syns. I synnerhet kommer det att observeras i våglängder som gör dumtande nästan transparent.
Då kommer vår förståelse av alla exoplaneter, inte bara den här, att växa i höga steg.
Källor:
- Pressmeddelande: Atmosphere of Midsize Planet Revilled by Hubble, Spitzer
- Wikipedia: Gliese 3470 f
- Spitzer rymdteleskop
