Der kleine Neptun entpuppt sich als riesiger, gefrorener Planet Erde

Von allen möglichen erdähnlichen Exoplaneten – terrestrischen Exoplaneten, die massereicher als die Erde sind – gibt es einen Exoplaneten, der einen nur 40 Lichtjahre entfernten Stern im Sternbild Cetus umkreist und möglicherweise dem bisher Entdeckten am ähnlichsten ist.

Der Exoplanet LHS 1140 b sollte ein kleiner Neptun sein, als er Ende 2023 erstmals vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA entdeckt wurde. Nach der Analyse der Daten dieser Beobachtungen schlug ein Forscherteam unter der Leitung des Astronomen Charles Cadieux dies vor. .. Universität Montreal, LHS 1140 b ist wahrscheinlich eine riesige Erde.

Wenn dieser Planet eine alternative Version unseres Planeten ist, bedeutet seine relative Nähe zu seinem kühlen roten Zwergstern, dass es sich wahrscheinlich um einen riesigen Schneeball oder ein größtenteils gefrorenes Objekt mit einem substellaren Umfang (der seinem Stern am nächsten gelegenen Region) handelt, der ihm das Aussehen verleiht ein kosmischer Augapfel. Man geht heute davon aus, dass er der Exoplanet ist, der die größte Chance hat, flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche zu haben und daher möglicherweise bewohnbar ist.

Cadieux und sein Team sagten, sie hätten „interessante Beweise für …“ gefunden. [nitrogen]- Die Atmosphäre, die die bewohnbare Zone der „Supererde“ dominiert Stady Es wurde kürzlich in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Tut mir leid, Neptun…

Im Dezember 2023 wurden zwei Transite von LHS 1140 b mit dem NIRISS-Instrument (Near-Infrared Imager and Spectrometer) an Bord von Webb beobachtet. NIRISS ist darauf spezialisiert, Exoplaneten zu entdecken und durch Transitspektroskopie mehr über sie zu enthüllen. Dabei wird das Licht des Wirtssterns eines Planeten erfasst, während dieser die Atmosphäre dieses Planeten passiert und sich auf die Erde zubewegt. Die Analyse der verschiedenen Spektralbänder in diesem Licht kann Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben, welche spezifischen Atome und Moleküle in der Atmosphäre des Planeten vorhanden sind.

Um die vorherige Hypothese zu testen, dass es sich bei LHS 1140 b um einen Mini-Neptun handelt, erstellten die Forscher ein dreidimensionales globales Klimamodell (GCM). Nutzen Sie diese komplexe Mathematik, um die verschiedenen Kombinationen von Faktoren zu erkunden, die das Klimasystem eines Planeten ausmachen, wie z. B. Land, Ozeane, Eis und Atmosphäre. Mehrere verschiedene globale Klimamodelle eines Mini-Neptuns wurden mittels Transitspektroskopie mit dem beobachteten Lichtspektrum verglichen. Ein verkleinertes Modell von Neptun enthält typischerweise einen Gasriesen mit einer dicken, wolkenfreien oder nahezu wolkenfreien Atmosphäre, die von Wasserstoff dominiert wird, aber die Spektralbänder dieses Modells stimmten nicht mit den NIRISS-Beobachtungen überein.

Da die Möglichkeit eines kleinen Neptun weitgehend ausgeschlossen war (obwohl weitere Beobachtungen und Analysen erforderlich sind, um dies zu bestätigen), wandte sich Cadieux‘ Team einer anderen Möglichkeit zu: einer riesigen Erde.

Ein Land weit weg von der Erde?

Die mit NIRISS beobachteten Spektren stimmten eher mit allgemeinen Klimamodellen einer Supererde überein. Dieser Planetentyp hat normalerweise eine dicke Stickstoff- oder Kohlendioxidschicht.₂– Die reichhaltige Atmosphäre, die eine felsige Oberfläche umgibt und irgendeine Form von Wasser enthält, entweder in gefrorener oder flüssiger Form.

Modelle deuteten auch auf die Existenz einer Sekundäratmosphäre hin, also der Atmosphäre, die sich nach dem Entweichen der ursprünglichen Atmosphäre aus leichten Elementen (Wasserstoff und Helium) in den frühen Stadien der Planetenentstehung bildete. Sekundäratmosphären bestehen aus schwereren Elementen, die aus der Kruste freigesetzt werden, wie zum Beispiel Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan. Diese Atmosphären kommen normalerweise auf warmen terrestrischen Planeten vor (die Erde hat eine Sekundäratmosphäre).

Die wichtigsten Daten, die nicht mit globalen Klimamodellen übereinstimmten, waren, dass der Planet eine geringere Dichte aufweist (basierend auf Messungen seiner Größe und Masse), als man für eine felsige Welt erwarten würde. Dies steht im Einklang mit einer Wasserwelt mit einer Masse zwischen 10 und 20 Prozent Wasser. Basierend auf dieser Schätzung glauben Forscher, dass LHS 1140 b ein hessischer Planet sein könnte – ein Ozeanplanet mit den meisten Merkmalen einer Supererde, dessen Atmosphäre jedoch eher von Wasserstoff als von Stickstoff dominiert wird.

Da er einen schwachen Stern so nah umkreist, dass er gezeitengebunden ist, deuten einige Modelle darauf hin, dass es sich um einen größtenteils eisigen Planeten mit einem flüssigen Ozean unter dem Stern auf seiner Tagseite handelt.

Obwohl es sich bei LHS 1140 b um einen Riesenplaneten handeln könnte, könnte die Hessische Planetenhypothese letztlich ausgeschlossen werden. Die hessischen Planeten sind anfällig für eine rasante globale Erwärmung, die auftritt, wenn sich in der Atmosphäre eines Planeten genügend Treibhausgase ansammeln, um den Wärmeaustritt zu verhindern. Letztendlich wird flüssiges Wasser auf einem Planeten verdunsten, der sich nicht selbst kühlen kann.

Obwohl wir immer näher wissen, was für ein Planet LHS 1140 b ist und ob er bewohnbar ist, brauchen wir noch mehr Beobachtungen. Cadieu möchte diese Forschung fortsetzen, indem er NIRISS-Daten mit Daten anderer Riesenplaneten vergleicht, die zuvor vom Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec) des Webb-Observatoriums gesammelt wurden. Mindestens drei Transitbeobachtungen des Planeten mit dem MIRI-Instrument (mittleres Infrarot) des Webb-Observatoriums sind außerdem erforderlich, um sicherzustellen, dass die Sternstrahlung die Beobachtungen des Planeten selbst nicht beeinträchtigt.

„Angesichts der begrenzten Sichtbarkeit von LHS 1140b kann eine mehrjährige Beobachtung erforderlich sein, um seine mögliche Sekundäratmosphäre zu entdecken“, sagten die Forscher in derselben Studie. Stady.

Könnte dieser Planet tatsächlich eine gefrorene äußere Erde sein? Die Vorfreude und Vorfreude wird noch mehrere Jahre anhalten.

The Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad5afa