Eftersom fler och fler exoplaneter identifieras och bekräftas med olika observationsmetoder, är den fortfarande svårfångade "heliga gralen" upptäckten av en verkligt jordliknande värld ... ett av kännetecknen för detta är närvaron av flytande vatten. Och även om det är sant att vatten har identifierats i de tjocka atmosfärerna från "heta Jupiter"-exoplaneter tidigare, har en ny teknik nu använts för att upptäcka sin spektrala signatur i ännu en jättevärld utanför vårt solsystem - vilket potentiellt banar vägen för ännu mer sådana upptäckter.
Forskare från Caltech, Penn State University, Naval Research Laboratory, University of Arizona och Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics har samarbetat i ett NSF-finansierat projekt för att utveckla ett nytt sätt att identifiera närvaron av vatten i exoplanetatmosfärer.
Tidigare metoder förlitade sig på specifika fall som när exoplaneterna - vid denna punkt alla "heta Jupiters", gasformiga planeter som kretsar nära deras värdstjärnor - var i ferd med att överföra sina stjärnor sett från jorden.
Detta är tyvärr inte fallet för många extrasolära planeter ... speciellt de som inte upptäcktes (eller inte kommer att upptäckas) genom transiteringsmetoden som används av observatorier som Kepler.
Se: Keplers universum: Fler planeter i vår galax än stjärnor
Så forskarna vände sig till en annan metod för att upptäcka exoplaneter: radiell hastighet eller RV. Denna teknik använder synligt ljus för att titta på en stjärns rörelse för den ständigt så lindra slingraren som skapas av tyngdkraftsdragen på en kretsande planet. Doppler-förskjutningar i stjärnans ljus indikerar rörelse på ett eller annat sätt, liknande hur Doppler-effekten höjer och sänker tonhöjden på en bils horn när den går förbi.
Men istället för att använda synliga våglängder, duva teamet in i det infraröda spektrumet och, med hjälp av Near Infrared Echelle Spectrograph (NIRSPEC) vid WM Keck Observatory på Hawaii, bestämde banan för den relativt närliggande heta Jupiter tau Boötis b… och under processen använde sin spektroskopi för att identifiera vattenmolekyler på himlen.
”Informationen vi får från spektrografen är som att lyssna på en orkesterföreställning; ni hör alla musiken tillsammans, men om du lyssnar noga kan du välja ut en trumpet eller en fiol eller en cello, och du vet att dessa instrument finns, säger Alexandra Lockwood, doktorand på Caltech och första författare till studie. ”Med teleskopet ser du allt ljus tillsammans, men spektrografen låter dig välja ut olika bitar; som den här våglängden i ljus betyder att det finns natrium, eller den här betyder att det finns vatten. "
Tidigare observationer av tau Boötis b med VLT i Chile hade identifierat kolmonoxid samt svalare högtemperaturer i atmosfären.
Nu, med denna beprövade IR RV-teknik, kan atmosfären av exoplaneter som inte råkar korsa framför sina stjärnor ur vår synvinkel också granskas för närvaro av vatten, liksom andra intressanta föreningar.
"Vi tillämpar nu vår effektiva nya infraröda teknik på flera andra icke-transiterande planeter som kretsar runt stjärnor nära solen," säger Chad Bender, en forskningsassistent vid Penn State Department of Astronomy and Astrophysics och en medförfattare till tidningen. "Dessa planeter ligger mycket närmare oss än de närmaste transiterande planeterna, men har till stor del ignorerats av astronomer eftersom direkt mätning av deras atmosfärer med tidigare existerande tekniker var svårt eller omöjligt."
När nästa generation av högdrivna teleskop är igång - som James Webb Space Telescope, som planeras att lanseras 2018 - kan ännu mindre och mer avlägsna exoplaneter observeras med IR-metoden ... kanske hjälper till att göra den banbrytande upptäckten av en planeten som vår.
”Medan teknikens nuvarande tillstånd inte kan upptäcka jordliknande planeter runt stjärnor som solen, med Keck borde det snart vara möjligt att studera atmosfärerna i de så kallade” superjorden ”-planeterna som upptäcks runt närliggande lågmassastjärnor, många av vilka inte går, säger Caltech-professor i kosmokemi och planetvetenskap Geoffrey Blake. "Framtida teleskoper som James Webb Space Telescope och Thirty Meter Telescope (TMT) kommer att göra det möjligt för oss att undersöka mycket svalare planeter som är mer avlägsna från deras värdstjärnor och där det är mer troligt att flytande vatten finns."
Resultaten beskrivs i ett papper som publicerades i den 24 februari 2014 onlineversionen avThe Astrophysical Journal Letters.
Källor: Caltech och EurekAlert pressmeddelanden.
