זהו רעיון של אמן של כוכב הלכת האקזו-כוכבי GJ 9827d, הכוכב האקזו-כוכב הקטן ביותר שבו התגלו אדי מים באטמוספירה. כוכב הלכת יכול להיות דוגמה לכוכבי לכת פוטנציאליים עם אטמוספרות עשירות במים במקומות אחרים בגלקסיה שלנו. בקוטר כפול של כדור הארץ בלבד, כוכב הלכת מקיף את כוכב הננס האדום GJ 9827. שני כוכבי לכת פנימיים במערכת נמצאים משמאל. כוכבי הרקע משורטטים כפי שהם נראים בעין בלתי מזוינת במבט לאחור לכיוון השמש שלנו. השמש חלשה מכדי לראות אותה. הכוכב הכחול בצד ימין למעלה הוא רגולוס; הכוכב הצהוב במרכז התחתון הוא Denebola; והכוכב הכחול בצד ימין למטה הוא Spica. קבוצת הכוכבים אריה משמאל, ובתולה מימין. שתי קבוצות הכוכבים מעוותות מהנוף המחובר לכדור הארץ שלנו ממרחק של 97 שנות אור. קרדיט: נאס"א, ESA, לאה הוסטאק (STScI), ראלף קרופורד (STScI)
חקר ה"אקסו-כוכבי לכת", השם הנשמע מדע בדיוני לכל כוכבי הלכת בקוסמוס שמעבר למערכת השמש שלנו, הוא תחום די חדש. בעיקר, אקסופלנט חוקרים כמו אלה ב-ExoLab באוניברסיטת קנזס משתמשים בנתונים מטלסקופים הנישאים בחלל כמו טלסקופ החלל האבל ו-Webb Space Telescope. בכל פעם שכותרות חדשות מציעות ממצאים של כוכבי לכת "דמויי כדור הארץ" או כוכבי לכת עם פוטנציאל לתמוך באנושות, הן מדברות על כוכבי לכת חיצוניים בתוך שלנו שביל החלב.
ג'ונתן ברנדה, מועמד לדוקטורט ב-ExoLab באוניברסיטת קנזס, פרסם זה עתה ממצאים בכתב העת המדעי בעל הגישה הפתוחה ה מכתבי יומן אסטרופיזיים מראה פרטים אטמוספריים חדשים בקבוצה של 15 כוכבי לכת אקסופלנטים דומים ל נפטון. אף על פי שאף אחד לא יכול לתמוך באנושות, הבנה טובה יותר של התנהגותם עשויה לעזור לנו להבין מדוע אין לנו נפטון קטן, בעוד שרוב מערכות השמש מציגות כוכב לכת מהמעמד הזה.
"במהלך השנים האחרונות ב-KU, ההתמקדות שלי הייתה בחקר האטמוספרות של כוכבי לכת חיצוניים באמצעות טכניקה המכונה ספקטרוסקופיה של שידור", אמר ברנדה. "כאשר כוכב לכת עובר מעבר, כלומר הוא נע בין קו הראייה שלנו לכוכב שהוא מקיף אותו, האור מהכוכב עובר באטמוספירה של כוכב הלכת, ונספג בגזים השונים הנמצאים. על ידי לכידת ספקטרום של הכוכב – העברת האור דרך מכשיר הנקרא ספקטרוגרף, בדומה להעברתו דרך פריזמה – אנו צופים בקשת בענן, מודדת את הבהירות של צבעים מרכיבים שונים. אזורים מגוונים של בהירות או עמום בספקטרום חושפים את הגזים הבולעים אור באטמוספירה של כוכב הלכת."
הבנת אטמוספירות כוכבי הלכת
עם מתודולוגיה זו, לפני מספר שנים פרסם ברנד מאמר הנוגע לכוכב הלכת האקזו-כוכב "נפטון החם" TOI-674 b, שם הציג תצפיות המצביעות על נוכחות אדי מים באטמוספירה שלו. תצפיות אלו היו חלק מתוכנית רחבה יותר בהובלת יועצו של ברנדה, איאן קרוספילד, פרופסור חבר לפיזיקה ואסטרונומיה ב-KU, לתצפית על האטמוספרות של כוכבי לכת בגודל נפטון.
"אנחנו רוצים להבין את ההתנהגויות של כוכבי הלכת האלה, בהתחשב בכך שאלו שגדולים מעט מכדור הארץ וקטנים מנפטון הם הנפוצים ביותר בגלקסיה", אמר ברנד.
המאמר האחרון של ApJL מסכם תצפיות מאותה תוכנית, ומשלב נתונים מתצפיות נוספות כדי לתת מענה מדוע כוכבי לכת מסוימים נראים מעוננים בעוד שאחרים ברורים.
"המטרה היא לחקור את ההסברים הפיזיקליים מאחורי המראה המובהק של כוכבי הלכת הללו", אמר ברנד.
ברנד ושותפיו שמו לב במיוחד לאזורים שבהם כוכבי לכת חיצוניים נוטים ליצור עננים או אובך גבוה באטמוספירה שלהם. כאשר קיימים אירוסולים אטמוספריים כאלה, חוקר KU אמר כי אובך יכול לחסום את סינון האור דרך האטמוספירה.
"אם לכוכב הלכת יש ענן ממש מעל פני השטח עם מאות קילומטרים של אוויר צלול מעליו, אור הכוכבים יכול לעבור בקלות באוויר הצלול ולהיספג רק בגזים הספציפיים באותו חלק של האטמוספירה", אמר ברנדה. "עם זאת, אם הענן ממוקם גבוה מאוד, העננים הם בדרך כלל אטומים על פני הספקטרום האלקטרומגנטי. אמנם לערפלים יש תכונות ספקטרליות, אבל לעבודה שלנו, שבה אנחנו מתמקדים בטווח צר יחסית עם האבל, הם גם מייצרים בעיקר ספקטרום שטוח".
לדברי ברנד, כאשר האירוסולים הללו נמצאים גבוה באטמוספירה, אין דרך ברורה לאור לסנן דרכו.
"עם האבל, הגז היחיד שאנחנו הכי רגישים אליו הוא אדי מים", אמר. "אם אנו צופים באדי מים באטמוספירה של כוכב לכת, זו אינדיקציה טובה לכך שאין עננים גבוהים מספיק כדי לחסום את קליטתם. לעומת זאת, אם לא נצפה אדי מים ונראה רק ספקטרום שטוח, למרות הידיעה שלכוכב הלכת צריכה להיות אטמוספרה מורחבת, זה מרמז על נוכחות סביר של עננים או אובך בגבהים גבוהים יותר".
ברנד הוביל את עבודתו של צוות בינלאומי של אסטרונומים על המאמר, כולל קרוספילד ב-KU ומשתפי פעולה ממכון מקס פלנק בהיידלברג, גרמניה, קבוצה בראשות לורה קריידברג, וחוקרים מאוניברסיטת טקסס, אוסטין, בראשות קרוליין מורלי.
ברנד ושותפיו ניגשו לניתוח שלהם בצורה שונה מהמאמצים הקודמים על ידי התמקדות בקביעת הפרמטרים הפיזיים של האטמוספרות הקטנות של נפטון. לעומת זאת, ניתוחים קודמים כללו לעתים קרובות התאמת ספקטרום מודל יחיד לתצפיות.
"בדרך כלל, חוקרים היו לוקחים מודל אטמוספרי עם תכולת מים מחושבת מראש, משנים אותו ומעבירים אותו כך שיתאים לכוכבי לכת שנצפו בדגימה שלהם", אמר ברנד. "גישה זו מציינת אם הספקטרום צלול או מעונן אך אינה מספקת מידע על כמות אדי המים או מיקומם של עננים באטמוספרה."
במקום זאת, ברנד השתמש בטכניקה המכונה "שליפה אטמוספרית".
"זה היה כרוך במודלים של האטמוספירה על פני פרמטרים שונים של כוכבי לכת, כגון כמות אדי מים ומיקום ענן, חזרה על מאות ואלפי סימולציות כדי למצוא את התצורה המתאימה ביותר", אמר. "השליפות שלנו נתנו לנו ספקטרום מודל המתאים ביותר לכל כוכב לכת, שממנו חישבנו עד כמה כוכב הלכת נראה מעונן או צלול. לאחר מכן, השווינו את הבהירות הנמדדת לסדרה נפרדת של מודלים מאת קרוליין מורלי, אשר נתנה לנו לראות שהתוצאות שלנו עולות בקנה אחד עם הציפיות לכוכבי לכת דומים. בבחינת התנהגות עננים ואובך, המודלים שלנו הצביעו על כך שעננים מתאימים יותר מאשר אובך. פרמטר יעילות השקיעה, המשקף את דחיסות הענן, הראה שלכוכבי לכת שנצפו היו יעילות שיקוע נמוכה יחסית, וכתוצאה מכך עננים רכים. העננים הללו, המורכבים מחלקיקים כמו טיפות מים, נותרו גבוהים באטמוספירה בגלל נטייתם הנמוכה לשקוע".
הממצאים של ברנד מספקים תובנות לגבי התנהגותן של האטמוספרות הפלנטריות הללו וגרמו ל"עניין מהותי" כשהציג אותן בפגישה לאחרונה של האגודה האמריקאית לאסטרונומיה.
ממצאים אחרים
יתרה מכך, ברנדה היא חלק מתוכנית תצפית בינלאומית, בהובלת קרוספילד, שהודיעה זה עתה על ממצאים של אדי מים ב-GJ 9827d – כוכב לכת חם כמו וֵנוּס 97 שנות אור מכדור הארץ בקבוצת הכוכבים מזל דגים.
התצפיות, שנעשו עם טלסקופ החלל האבל, מראות שהכוכב עשוי להיות רק דוגמה אחת לכוכבי לכת עשירים במים בשביל החלב. הם הוכרזו על ידי צוות בראשות פייר-אלכסיס רוי ממכון טרוטייר למחקר על כוכבי לכת חיצוניים באוניברסיטת מונטריאול.
"חיפשנו אדי מים באטמוספרות של כוכבי לכת תת-נפטון", אמר ברנדה. "המאמר של פייר-אלקסיס הוא האחרון מאותו מאמץ עיקרי מכיוון שנדרשו כ-10 או 11 מסלולים או מעברים של כוכב הלכת כדי לבצע את זיהוי אדי המים. הספקטרום של פייר-אלקסיס נכנס למאמר שלנו כאחת מנקודות נתוני המגמה שלנו, וכללנו את כל כוכבי הלכת מההצעה שלהם ואחרים שנחקרו בספרות, מה שהופך את התוצאות שלנו לחזקות יותר. היינו בקשר הדוק איתם במהלך התהליך של שני המאמרים כדי להבטיח שאנחנו משתמשים בתוצאות המעודכנות הנכונות ומשקפים במדויק את הממצאים שלהם".
