מחקרים עדכניים מצאו עדויות לאטמוספירה על 55 Cancri e, כוכב לכת אקסו-סלעי במרחק 41 שנות אור בלבד. למרות קרבתו לכוכב דמוי השמש שלו, הגורם לחום קיצוני ולמשטח מותך, לכוכב הלכת יש כנראה אטמוספרה משנית שנוצרת מתהליכים געשיים. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
גז מבעבע ממשטח מכוסה לבה על אקסופלנט 55 Cancri e עשוי להזין אטמוספירה עשירה בפחמן דו חמצני או פחמן חד חמצני.
ממוקם במרחק של 41 שנות אור בלבד מכדור הארץ, כוכב הלכת 55 Cancri e חם כל כך עד שמדענים פקפקו פעם ביכולתו לקיים אטמוספירה. עם זאת, מחקר שנערך לאחרונה על ידי צוות לאומי של מדענים מצביע על כך ש-55 Cancri e עשוי להיות כוכב הלכת הסלעי הראשון שאושר שיש לו אטמוספירה.
פורסם ב טֶבַעהמאמר שכותרתו "A Secondary Atmosphere on the Rocky Exoplanet 55 Cnc e" נכתב על ידי חוקרים מ- נאס"אמעבדת הנעת סילון, המכון הטכנולוגי של קליפורניה, ה אוניברסיטת שיקגואוניברסיטת ניו מקסיקו (UNM).
מאפיינים מסלוליים ייחודיים
כוכב הלכת החיצוני 55 Cancri e, מקיף כוכב דומה לשמש של כדור הארץ, אך בניגוד לכדור הארץ, הוא מקיף את הכוכב שלו ממרחק קרוב במיוחד מה שהופך את כוכב הלכת מותך לוהט ובלתי ראוי למגורים. בעוד שלוקח לכדור הארץ כ-365 ימים להקיף את השמש, כוכב הלכת החיצוני משלים את מסלולו המלא תוך פחות מיום כדור הארץ אחד, לפי נאס"א. הוא כל כך קרוב לכוכב שלו שכוח הכבידה לא מאפשר לו להסתובב, כך שבמשך מיליארדי שנים צד אחד חווה יום והשני לילה. הסביבה הקיצונית של כוכב הלכת הזה אמורה לגרום לכך שהוא לא יוכל לשמור על האטמוספירה הקדמונית שאיתה הוא נולד כאשר הוא נוצר. במחקר זה, מדענים משערים שבמקום זאת, ים של מאגמה מתחדשים ושומרים על אטמוספרה משנית. אטמוספירה משנית זו נוצרה ככל הנראה מאוחר יותר בקיומו של כוכב הלכת, במקרה זה, שנוצרה מהפעילות הוולקנית האינטנסיבית שהופעלה על ידי הקרבה לכוכב.
הקונספט של האמן הזה מראה איך יכול להיראות כוכב הלכת 55 Cancri e. נקרא גם Janssen, 55 Cancri e הוא מה שנקרא סופר-אדמה, כוכב לכת סלעי גדול משמעותית מכדור הארץ אך קטן מנפטון, המקיף את הכוכב שלו במרחק של 1.4 מיליון מיילים בלבד (0.015 יחידות אסטרונומיות), ומשלים מסלול שלם אחד. תוך פחות מ-18 שעות. (מרקורי רחוקה מהשמש פי 25 מ-55 Cancri e מהכוכב שלה.) המערכת, הכוללת גם ארבעה כוכבי לכת ענקיים ענקיים, ממוקמת כ-41 שנות אור מכדור הארץ, בקבוצת הכוכבים סרטן. קרדיט: נאס"א, ESA, CSA, ראלף קרופורד (STScI)
מחקר וטכנולוגיה פורצי דרך
עוזרת פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה של UNM, דיאנה דראגומיר, הייתה חלק מהמחקר האחרון, אם כי היא כבר הכירה היטב את הכוכב החיצוני לאחר שתרמה לגילוי המעברים שלו בעבודת הדוקטורט שלה. הצפיפות והחום של אקסופלנט 55 קנקרי הובילו זה מכבר לשאלות מורכבות עבורה ואחרים שחוקרים כוכבי לכת אקסופלנטים.
"מאז גילויו, הפלנטה הזו התנגדה לניסיונות מרובים להבין את תכונותיו והרכבו. התגלית הזו היא פיסת המידע הברורה ביותר שהשגנו עד כה עבור 55 Cancri e", אמר דראגומיר.
הגילוי לא היה אפשרי ללא טלסקופ החלל ג'יימס ווב, המאפשר לחוקרים לחקור כוכבי לכת אקסו-פלנטים בדיוק רב יותר מאי פעם. הצוות השתמש בתמונות מטלסקופ ווב כדי לנתח אור שנפלט על ידי הכוכב החיצוני והכוכב שלו. כדי לעשות זאת, תחילה היה עליהם לתרגם את התמונות לספקטרום אור. לאחר מכן הם השוו את התצפיות לספקטרום שנוצרו משילובים שונים של יסודות ומולקולות כדי לשער אילו קומפוזיציות אטמוספריות פוטנציאליות עשויות להיות לכוכב הלכת החיצוני. מחקר זה הוא בין הראשונים שהשתמשו בנתונים מטלסקופ ווב לסוג זה של חקירה והמודלים המשמשים במחקר יכולים לספק לחוקרים עתידיים תהליך להשלמת עבודה דומה עבור כוכבי לכת אחרים.
עקומת אור זו מציגה את השינוי בבהירות של מערכת 55 Cancri כאשר כוכב הלכת הסלעי 55 Cancri e, הקרוב ביותר מבין חמשת כוכבי הלכת הידועים במערכת, נע מאחורי הכוכב. תופעה זו ידועה ליקוי משני.
כאשר כוכב הלכת נמצא ליד הכוכב, האור האינפרא אדום האמצעי הנפלט על ידי הכוכב ומצד היום של כוכב הלכת מגיע לטלסקופ, והמערכת נראית בהירה יותר. כאשר כוכב הלכת נמצא מאחורי הכוכב, האור הנפלט מכוכב הלכת נחסם ורק אור הכוכבים מגיע לטלסקופ, מה שגורם לירידה בבהירות הנראית.
אסטרונומים יכולים להחסיר את בהירות הכוכב מהבהירות המשולבת של הכוכב וכוכב הלכת כדי לחשב כמה אור אינפרא אדום מגיע מצלעות היום של כוכב הלכת. זה משמש לאחר מכן כדי לחשב את טמפרטורת היום ולהסיק אם לכוכב הלכת יש אטמוספרה או אין.
טמפרטורת כוכב הלכת המחושבת מתוך תצפית זו היא כ-1,800 קלווין (בסביבות 2,800 מעלות פרנהייט), וזה נמוך משמעותית ממה שהיה צפוי אם לכוכב הלכת אין אטמוספרה או רק אטמוספרה דקה של אדי סלע. טמפרטורה נמוכה יחסית זו מצביעה על כך שהחום מתפזר משולי היום לצד הלילה של כדור הארץ, אולי על ידי אטמוספירה עשירה בנדיפות.
קרדיט: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), אהרון בלו-ארופה (NASA-JPL)
מאמצים משותפים וצפי עתיד
צוות המחקר משער שהאטמוספירה של כוכב הלכת יכול להיות מורכב מסלע אידוי העשיר בפחמן, פחמן חד חמצני ופחמן דו חמצני. בעוד שדרוש מחקר נוסף כדי לאשש את התוצאות, נראה שפליטות האור של כוכב הלכת והמודלים של אטמוספרות עשירות בפחמן מתואמים באופן הדוק. בעוד החוקרים יודעים שהתנאים הקשים ביותר של 55 Cancri e הופכים אותו לבלתי ניתן למגורים, גילוי האטמוספירה שלו מאשר שהטלסקופים החדשים ביותר שזמינים למדענים עשויים סוף סוף להיות רגישים מספיק כדי לחקור כוכבי לכת סלעיים מרוחקים בפירוט. מייקל בס, שסיים את לימודיו באביב האחרון עם תואר באסטרופיזיקה עבד עם דראגומיר על החלק של UNM בפרויקט, תרגם את התמונות לספקטרות והרצת מודלים כדי לעזור לצמצם קומפוזיציות אווירה פוטנציאליות.
"חקר האטמוספרות של כוכבי לכת חיצוניים יכול לספר לנו הרבה על כוכבי לכת בשלבי היווצרות שונים", אמר בס. "בסופו של דבר, ייתכן שנוכל להסתכל על כוכבי לכת דומים למגורים מכיוון שלכוכב לכת עם אטמוספירה דומה לשלנו יכול להיות חיים."
כשבס פנה לדרגומיר בנוגע להסתבך במחקר שלה, הוא מעולם לא ציפה לעבוד על פרויקט כה גדול.
"זה היה ממש מרגש", אמר בס על העבודה על פרויקט כה משמעותי כמו תואר ראשון. "חשבתי שזה כל כך מרתק וחדש ומעניין להיות מסוגל לעבוד עם הטלסקופ המדהים החדש הזה ועם אנשים מדהימים מנאס"א. זה היה מאוד כיף והרבה עבודה ונהניתי מכל שנייה".
ספקטרום פליטה תרמית שנלכד על ידי NIRCam (מצלמה קרובה לאינפרא אדום) של Webb בנובמבר 2022, ו-MIRI (אמצעי אינפרא אדום מכשיר) במרץ 2023, מציג את הבהירות (ציר y) של אורכי גל שונים של אור אינפרא אדום (ציר x) הנפלט על ידי כוכב הלכת העל-כדור הארץ 55 Cancri e. הספקטרום מראה שכוכב הלכת עשוי להיות מוקף באטמוספירה עשירה בפחמן דו חמצני או פחמן חד חמצני וחומרים נדיפים אחרים, לא רק בסלע אידוי.
הגרף משווה נתונים שנאספו על ידי NIRCam (נקודות כתומות) ו-MIRI (נקודות סגולות) לשני מודלים שונים. דגם A, באדום, מראה כיצד צריך להיראות ספקטרום הפליטה של 55 Cancri e אם יש לו אטמוספירה העשויה מסלע אידוי. דגם B, בכחול, מראה כיצד צריך להיראות ספקטרום הפליטה אם לכוכב הלכת יש אטמוספירה עשירה בנדיפים, היוצאת מגז מאוקיינוס מאגמה שיש לו תוכן נדיף דומה למעטפת כדור הארץ. גם נתוני MIRI וגם NIRCam תואמים את המודל העשיר בתנודתיות.
כמות האור האמצעי-אינפרא אדום הנפלט על ידי כוכב הלכת (MIRI) מראה שטמפרטורת היום שלו נמוכה משמעותית ממה שהיתה אם לא הייתה לו אטמוספירה לחלוקת חום מהיום ללילה. ניתן להסביר את הצניחה בספקטרום בין 4 ל-5 מיקרון (נתוני NIRCam) על ידי ספיגה של אורכי גל אלו על ידי מולקולות פחמן חד חמצני או פחמן דו חמצני באטמוספרה.
קרדיט: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Renyu Hu (NASA-JPL), אהרון בלו-ארופה (NASA-JPL), מייקל ז'אנג (אוניברסיטת שיקגו), Mantas Zilinskas (SRON)
אישורים והשלכות
כמה צוותים, כולל בס ודרגומיר, כל אחד ניתח את הנתונים בנפרד ולאחר מכן נפגשו כדי להשוות תוצאות. נמצא כי התוצאות שהושגו על ידי כל הצוותים הסכימו, דבר שתמך בפרשנות הנתונים נכונה. זה היה רגע מרגש לא רק עבור כל צוות המחקר אלא במיוחד עבור בס שרמת המיומנות שלו בעבודה על הפרויקט הפכה לזו של חוקרים שכבר סיימו דוקטורט.
"יש לך סטודנט לתואר ראשון שניתח את מערכי הנתונים ברמה דומה למה שעשו משתפי הפעולה הבכירים הרבה יותר שלו, והוא גם היה מסוגל לתקשר ולתאם עם כל הצוות באופן עצמאי", אמר דרגומיר. "אני ממש גאה במייקל על זה."
בס יתחיל את הדוקטורט שלו. באסטרופיזיקה בסתיו הקרוב ב אוניברסיטת פלורידה. אם הוא יבחר להמשיך במחקר על 55 Cancri e, עדיין יהיה הרבה מה לגלות.
ללא אטמוספירה שתעזור לשמור על החום, סביר להניח שהצד של 55 Cancri e בלילה הנצחי יהיה סביב 400 מעלות שליליות פרנהייט.
תובנות חדשות על כוכב לבה
"הנוכחות של אטמוספירה על 55 Cancri e מסבירה גם את הטמפרטורה החמה מהצפוי שנמדדה בצד הלילה של כדור הארץ. למרות שהצד הזה אף פעם לא פונה לכוכב, האטמוספירה עוזרת להזרים חום מהשמש מסביב לכוכב הלכת", אמר דראגומיר.
עבודה זו מאששת אפוא גם טענות קודמות לפיהן 55 Cancri e הוא כוכב לבה עם משטח מותך סביר. יחד עם הידע החדש על האטמוספירה שלו, מדענים יכולים להתחיל להעלות השערות לגבי הרכב שאר כדור הארץ.
יש צורך במחקר נוסף כדי להמשיך ולחשוף את 55 הסודות של Cancri e, אבל עד אז, התגלית האחרונה היא מחוץ לעולם הזה.
עוד על המחקר הזה:
- ווב מוצא אווירה על כוכב הלכת הרוקי בפעם הראשונה
