Το τηλεσκόπιο James Webb ανακαλύπτει τον πλούσιο σε άνθρακα εξωπλανήτη PSR J2322-2650b

Η ιδέα αυτού του καλλιτέχνη δείχνει πώς μπορεί να μοιάζει ο εξωπλανήτης που ονομάζεται PSR J2322-2650b (αριστερά) καθώς περιστρέφεται γύρω από ένα rapid. Πίστωση:NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA βρήκαν έναν εξωπλανήτη που είναι λίγο ασυνήθιστος. Η ομάδα βρήκε έναν κόσμο μάζας του Δία τεντωμένο σε σχήμα λεμονιού από ένα κοντινό πάλσαρ, τυλιγμένο σε μια ατμόσφαιρα που δεν κυριαρχείται από υδρατμούς ή μεθάνιο, αλλά από μοριακό άνθρακα.

Το αντικείμενο, με την επωνυμία PSR J2322-2650b, περιστρέφεται γύρω από τον ξενιστή του νεκρού αστέρα σε 7,8 ώρες — τόσο κοντά που η τροχιά του εκτείνεται μόνο περίπου ένα εκατομμύριο μίλια.

Οι ερευνητές αναφέρουν υπογραφές μορίων άνθρακα - συγκεκριμένα C2 και C3 - στο υπέρυθρο φάσμα του πλανήτη. Αυτός ο συνδυασμός δεν έχει παρατηρηθεί σε άλλες πλανητικές ατμόσφαιρες που ερευνήθηκαν.  Το αποτέλεσμα είναι τόσο χημικά μονόπλευρο που φαίνεται να αποκλείει τυπικές ιστορίες σχηματισμού για γίγαντες αερίου και τα τυπικά συστήματα «μαύρης χήρας» που περιφέρονται γύρω από τα πάλσαρ.

Στο σύστημα PSR J2322-2650, η ακτινοβολία του πάλσαρ είναι σε μεγάλο βαθμό υψηλής ενέργειας (ακτίνες γάμμα και σωματίδια), που σημαίνει ότι ο Webb δεν «βλέπει» το πάλσαρ με τον τρόπο που βλέπει ένα κανονικό αστέρι να λάμπει στο ορατό και στο υπέρυθρο φως.

Εδώ, αυτή η παραδοξότητα μετατρέπεται σε πλεονέκτημα. Στα περισσότερα συστήματα εξωπλανητών, το αστέρι κατακλύζει το σήμα του πλανήτη, επομένως οι αστρονόμοι πρέπει να πειράζουν τα αμυδρά ατμοσφαιρικά δακτυλικά αποτυπώματα κατά τη διάρκεια σύντομων διελεύσεων. Σε αυτό το νεότερο εύρημα, ωστόσο, οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθήσουν την αλλαγή της εκπομπής υπερύθρων του πλανήτη σε ολόκληρη την τροχιά του και να εξαγάγουν ένα πιο καθαρό φάσμα από ό,τι συνήθως.

Μια ακραία τροχιά

Σε περίπου το ένα τοις εκατό της απόστασης Γης-Ήλιου, ο πλανήτης παραμορφώνεται παλιρροιακά από τη βαρύτητα του πάλσαρ, κάτι που τα μοντέλα προτείνουν ότι τραβάει το σώμα της μάζας του Δία από στρογγυλό και σε ένα επίμηκες προφίλ «λεμονιού».

"Ο πλανήτης περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι που είναι εντελώς παράξενο - τη μάζα του Ήλιου, αλλά το μέγεθος μιας πόλης", δήλωσε ο Michael Zhang του Πανεπιστημίου του Σικάγο, ο κύριος ερευνητής αυτής της μελέτης, η οποία είναι αποδεκτή για δημοσίευση στο The Astrophysical Journal Letters .

"Αυτός είναι ένας νέος τύπος ατμόσφαιρας πλανήτη που κανείς δεν έχει δει ποτέ πριν."

Αυτό που έπιασε ο Γουέμπ είναι πιο παράξενο από τη σιλουέτα του πλανήτη. Αντί για το οικείο εκμαγείο μορίων που συχνά ανιχνεύεται σε θερμούς γιγάντιους εξωπλανήτες, όπως οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο, αυτό το φάσμα εμφανίζει μοριακό άνθρακα C2 και C3.

Αυτό είναι μεγάλη υπόθεση χημικά. Στις θερμοκρασίες που συνάγονται για τον πλανήτη - περίπου 1.200 βαθμούς Φαρενάιτ (περίπου 650 βαθμοί Κελσίου) στα πιο κρύα μέρη της νυχτερινής πλευράς έως περίπου 3.700 βαθμούς Φαρενάιτ (2.040 βαθμοί Κελσίου) στις πιο ζεστές περιοχές της ημέρας - ο άνθρακας είναι πρόθυμος να αντιδράσει.

Εάν το οξυγόνο ή το άζωτο ήταν άμεσα διαθέσιμα, ο άνθρακας θα έτεινε να δεσμεύεται μαζί τους, σχηματίζοντας άλλες ενώσεις αντί να παραμείνουν ως ελεύθερα μόρια άνθρακα.  Η παρουσία άφθονο μοριακού άνθρακα δείχνει μια ατμόσφαιρα που είναι εξαιρετικά εξαντλημένη σε οξυγόνο και άζωτο.

«Είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς θα αποκτήσετε αυτήν την εξαιρετικά εμπλουτισμένη σε άνθρακα σύνθεση», είπε ο Zhang. "Φαίνεται να αποκλείει κάθε γνωστό μηχανισμό σχηματισμού."

Η μελέτη περιγράφει επίσης τον πλανήτη ως «άνεμο», με ισχυρούς δυτικούς ανέμους που συνάγονται από τις μετατοπίσεις της υπέρυθρης φωτεινότητάς του σε όλη την τροχιά. Αυτό είναι το είδος της παγκόσμιας κυκλοφορίας που θα περίμενε κανείς σε έναν κόσμο που αναγκάζεται να τρέχει γύρω από το δημοτικό του σε λιγότερο από οκτώ ώρες ενώ ακτινοβολείται έντονα από τη μία πλευρά.

Θα μπορούσε αυτό να είναι το στολίδι των πλανητών;

Η ιδέα αυτού του καλλιτέχνη δείχνει πώς μπορεί να μοιάζει ο εξωπλανήτης PSR J2322-2650b. Οι βαρυτικές δυνάμεις από το πολύ βαρύτερο πάλσαρ που περιστρέφεται έλκουν τον κόσμο της μάζας του Δία σε αυτό το παράξενο σχήμα λεμονιού. Εικονογράφηση:NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Ένας τομέας όπου γίνεται ενδιαφέρον είναι ότι η πλούσια σε άνθρακα χημεία του πλανήτη βασίζεται στην πίεση και τη θερμοκρασία. Ο άνθρακας σε μια τέτοια ατμόσφαιρα μπορεί να σχηματίσει αερολύματα που μοιάζουν με αιθάλη - μικροσκοπικά σωματίδια που μπορούν να λειτουργήσουν σαν σύννεφα στα ανώτερα στρώματα. Πιο βαθιά, υπό πίεση σύνθλιψης, ο άνθρακας θα μπορούσε να εξαναγκαστεί σε κρυσταλλικές μορφές. Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η συμπύκνωση άνθρακα σε βάθος θα μπορούσε...να την περιμένει...να παράγει διαμάντια.

Αυτό δεν σημαίνει ότι οι αστρονόμοι έχουν «βρήκε διαμάντια», με την άμεση έννοια, «κόσμημα στο χέρι». Σημαίνει ότι το χημικό απόθεμα που προκύπτει από το φάσμα του Webb καθιστά τον σχηματισμό διαμαντιών ένα εύλογο αποτέλεσμα της εσωτερικής φυσικής του πλανήτη - ένα άλλο νήμα που πρέπει να τραβήξετε καθώς βελτιώνονται τα μοντέλα και έρχονται περισσότερα δεδομένα.

«Είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς θα αποκτήσετε αυτήν την εξαιρετικά εμπλουτισμένη σε άνθρακα σύνθεση», είπε ο Zhang. "Φαίνεται να αποκλείει κάθε γνωστό μηχανισμό σχηματισμού."

Το πιο δύσκολο μέρος της ιστορίας είναι να μην εξηγήσουμε πώς οι παλίρροιες τεντώνουν έναν πλανήτη που βρίσκεται κοντά. Εξηγεί πώς καταλήγετε με έναν σύντροφο μάζας του Δία γύρω από ένα πάλσαρ με μια ατμόσφαιρα που μοιάζει σαν να ανήκει σε καμία γνωστή κατηγορία.

Η NASA σημειώνει ότι από περίπου 6.000 γνωστούς εξωπλανήτες, μόνο μια χούφτα πάλσαρ σε τροχιά, και ο PSR J2322-2650b είναι ο μόνος που περιγράφεται ως πραγματικά «καυτός σαν τον Δία» σε μάζα, ακτίνα και θερμοκρασία ενώ βρίσκεται σε τροχιά γύρω από ένα πάλσαρ.  Έτσι, οι αστρονόμοι βασικά εργάζονται με ένα μέγεθος δείγματος ενός.

Αυτή η ανακάλυψη είναι μια υποβλητική εικόνα και υπογραμμίζει τι την κάνει πολύτιμη:Δεν είναι απλώς μια νέα λίστα ατμοσφαιρικών συστατικών. είναι ένα τεστ άγχους για μοντέλα του τρόπου με τον οποίο οι πλανήτες και τα υπολείμματα που μοιάζουν με πλανήτες εξελίσσονται σε βίαια περιβάλλοντα.