En av de närmaste exoplaneterna för oss i konstellationen Cancer, som först upptäcktes 2004, har nyligen blivit fokus för rymdteleskoperna Hubble, Spitzer och de största markbaserade observatorierna. Tack vare nya astronomiska instrument och algoritmer för dataanalys har det nu varit möjligt att bestämma närvaron och sammansättningen av dess atmosfär. För exoplaneter i klassen "super-earth" har sådant arbete gjorts för första gången.
Den binära stjärnan 55 Cancer har länge väckt uppmärksamhet. Det är synligt på himlen med blotta ögat, eftersom det bara är 40,9 ljusår bort från oss och har en ljusstyrka på 0,6 solenergi. Huvudstjärnan i detta system tillhör samma huvudspektraltyp (GxV) som solen. Dess massa är också nära solens och minst fem planeter kretsar kring den. Var och en av dem detekterades med Doppler-spektroskopi. Därefter bekräftades upptäckten av exoplaneter med hjälp av observationer utförda vid de kretsande och största markbaserade observatorierna.
Bland alla exoplaneter som upptäckts i en solliknande stjärna, lockas nu astronomernas största uppmärksamhet av 55 Cancer e. Det är en superjord med högt kolinnehåll. Med en massa på 8,37 jordar och en radie på 2,17 gånger jordens, måste förhållanden skapas i dess tarmar för intensiv bildning av diamanter. Enligt primära uppskattningar överstiger deras totala volym jordens storlek. Ytterligare intresse för exoplaneten berodde på att matematiska modeller förutspådde närvaron av en tät atmosfär med stor sannolikhet för vattenångainnehåll.
Hubble rymdteleskopet (Bild: nasa.gov).
Under lång tid försökte de bekräfta eller förneka dessa data och specificerade planetens parametrar, dess möjliga sammansättning och ursprung. Sedan 2014 har det mest avancerade instrumentet på Hubble Space Telescope, WFC3-kameran, använts för detta. Men observationer i synligt och nära infrarött ljus gjorde det möjligt att bestämma endast regelbundna transiter av en exoplanet mot bakgrunden av moderstjärnan, utan att tillhandahålla ny information.
Forskarna fick hjälp av den framgångsrika platsen för exoplanet 55 Cancer e. Eftersom den är 64 gånger närmare sin stjärna än jorden är till solen, varar den bara 18 timmar om året, och ytan värms upp till 2000 K. På grund av stark uppvärmning glöder den i det mellersta infraröda området. Infraröd ljusstyrka, som är sällsynt för planeter, gör det möjligt att studera den inte bara med hjälp av observationer inom det optiska området, utan också med apparaten från Spitzer-kretsande teleskop.
Spitzer rymdteleskopet (Bild: NASA / JPL-Caltech).
De kombinerade uppgifterna som samlats in av rymdteleskoperna Hubble och Spitzer och markbaserade observatorier har gjort det möjligt för forskare vid University College London att bedöma sammansättningen av exoplanets gashölje. Metoder för spektralanalys av kemisk sammansättning används ofta för att studera stjärnorna och atmosfären i solsystemets planeter, men för en avlägsen superjord visade de sig vara lika informativ för första gången.
Kampanjvideo:
Stora mängder väte och helium hittades i atmosfären av exoplaneten 55 Cancer. Hon fångade antagligen dessa ljuselement tidigt från ett moln av joniserad gas under bildandet av den lokala solen. Trots alla förväntningar och preliminära beräkningar har vattenånga i exoplanetens atmosfär ännu inte upptäckts ens i spårmängder.
På grund av den intensiva uppvärmningen av stjärnan 55 Cancer A smälter superjordens jordskorpa ständigt under dagen och har knappt tid att svalna över natten. Med stigande värmeflöden kommer konstant kolpartiklar och dess föreningar, oftast oorganiska, in i atmosfären. Under olika reaktioner bildas huvudsakligen oxider, vätecyanid (vätecyanidånga) och acetylen. Övervägande av kolmonoxid framför koldioxid indikerar ett högt kol / syre-förhållande.”Närvaron av vätecyanid och andra molekyler som vi har upptäckt kan bekräftas på några år av nästa generations infraröda teleskoper. I det här fallet kommer vi att få nya bevis på att denna planet är extremt rik på kol och i allmänhet, mycket ovanlig,”- kommenterade en av studiens författare Jonathan Tennyson (Jonathan Tennyson).
Andrey Vasilkov