Zespół kierowany przez astronomów z UdeM znalazł dowody na to, że dwie egzoplanety krążące wokół czerwonego karła to „wodne światy”, planety, na których woda stanowi dużą część objętości. Światy te, znajdujące się w układzie planetarnym oddalonym o 218 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Liry, nie przypominają żadnych planet znajdujących się w naszym Układzie Słonecznym.
Zespół, kierowany przez doktorantkę Caroline Piaulet z Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) na Université de Montréal, opublikował szczegółowe badanie układu planetarnego znanego jako Kepler-138 w czasopiśmie Nature Astronomy.
Piaulet, który jest częścią zespołu badawczego Björna Benneke, obserwował egzoplanety Kepler-138c i Kepler-138d za pomocą należącego do NASA Hubble’a i emerytowanych teleskopów kosmicznych Spitzera i odkrył, że planety – które są około półtora raza większe od Ziemi – – może składać się głównie z wody. Planety te oraz planetarny towarzysz znajdujący się bliżej gwiazdy, Kepler-138b, zostały już wcześniej odkryte przez Kosmiczny Teleskop Keplera.
Wody nie wykryto bezpośrednio, ale porównując rozmiary i masy planet z modelami, doszli do wniosku, że znaczna część ich objętości – nawet połowa – powinna być zbudowana z materiałów lżejszych od skał, ale cięższych niż wodór czy hel (które stanowią większość gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz). Najpopularniejszym z tych materiałów kandydujących jest woda.
„Wcześniej myśleliśmy, że planety nieco większe od Ziemi to wielkie kule z metalu i skał, jak powiększona wersja Ziemi, i dlatego nazwaliśmy je superziemiami” – wyjaśnił Benneke. „Jednak teraz pokazaliśmy, że te dwie planety, Kepler-138c i d, mają zupełnie inną naturę: duża część ich całej objętości prawdopodobnie składa się z wody. Po raz pierwszy obserwujemy planety, które można z całą pewnością zidentyfikować jako wodne światy, typ planety, który według teorii astronomów istniał przez długi czas”.
„Wcześniej myśleliśmy, że planety nieco większe od Ziemi to wielkie kule z metalu i skał, jak powiększona wersja Ziemi, i dlatego nazwaliśmy je superziemiami” – wyjaśnił Benneke. „Jednak teraz pokazaliśmy, że te dwie planety, Kepler-138c i d, mają zupełnie inną naturę: duża część ich całej objętości prawdopodobnie składa się z wody. Po raz pierwszy obserwujemy planety, które można z całą pewnością zidentyfikować jako wodne światy, typ planety, który według teorii astronomów istniał przez długi czas”.
Przy objętościach ponad trzykrotnie większych od Ziemi i masie dwukrotnie większej, planety c i d mają znacznie mniejszą gęstość niż Ziemia. Jest to zaskakujące, ponieważ większość planet niewiele większych od Ziemi, które do tej pory szczegółowo zbadano, wydawała się być skalistymi światami, takimi jak nasz. Najbliższym porównaniem do tych dwóch planet, zdaniem naukowców, byłyby niektóre lodowe księżyce w zewnętrznym Układzie Słonecznym, które również w dużej mierze składają się z wody otaczającej skaliste jądro.
„Wyobraźcie sobie większe wersje Europy lub Enceladusa, bogate w wodę księżyce krążące wokół Jowisza i Saturna, ale znacznie zbliżone do ich gwiazdy” – wyjaśnił Piaulet. „Zamiast lodowatej powierzchni Kepler-138 c i d zawierałby duże otoczki pary wodnej”.
Naukowcy ostrzegają, że planety mogą nie mieć oceanów, takich jak te na Ziemi, bezpośrednio przy powierzchni planety. „Temperatura w atmosferach Kepler-138c i Kepler-138d jest prawdopodobnie wyższa od temperatury wrzenia wody i spodziewamy się gęstej, gęstej atmosfery złożonej z pary wodnej na tych planetach. Tylko w tej atmosferze pary potencjalnie może znajdować się woda w stanie ciekłym pod wysokim ciśnieniem , a nawet woda w innej fazie, która występuje pod wysokim ciśnieniem, zwana płynem nadkrytycznym” – powiedział Piaulet.
Niedawno inny zespół z Uniwersytetu w Montrealu odkrył inną planetę, zwaną TOI-1452 b, która potencjalnie może być pokryta ciekłym oceanem wodnym, ale do zbadania jej atmosfery i potwierdzenia obecności Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba potrzebny będzie Kosmiczny Teleskop NASA. ocean.
Nowa egzoplaneta w układzie
W 2014 roku dane z Kosmicznego Teleskopu Keplera umożliwiły astronomom ogłoszenie wykrycia trzech planet krążących wokół Keplera-138, czerwonego karła w gwiazdozbiorze Lutni. Opierało się to na mierzalnym spadku jasności gwiazd, gdy planeta chwilowo przechodziła od swojej gwiazdy, tranzytu.
Benneke i jego koleżanka Diana Dragomir z University of New Mexico wpadli na pomysł ponownej obserwacji układu planetarnego za pomocą teleskopów kosmicznych Hubble’a i Spitzera w latach 2014-2016, aby uchwycić więcej tranzytów Keplera-138d, trzeciej planety w systemu w celu zbadania jego atmosfery.
Podczas gdy wcześniejsze obserwacje kosmicznego teleskopu Keplera NASA wykazały tylko tranzyty trzech małych planet wokół Keplera-138, Piaulet i jej zespół byli zaskoczeni, gdy odkryli, że obserwacje z Hubble’a i Spitzera sugerowały obecność czwartej planety w układzie, Kepler-138e.
Ta nowo odkryta planeta jest mała i dalej od swojej gwiazdy niż trzy pozostałe, a okrążenie jej zajmuje 38 dni. Planeta znajduje się w nadającej się do zamieszkania strefie swojej gwiazdy, regionie o klimacie umiarkowanym, w którym planeta otrzymuje odpowiednią ilość ciepła od swojej chłodnej gwiazdy, aby nie było ani za gorąco, ani za zimno, aby umożliwić obecność wody w stanie ciekłym.
Natura tej dodatkowej, nowo odkrytej planety pozostaje jednak kwestią otwartą, ponieważ wydaje się, że nie przechodzi ona przez swoją gwiazdę macierzystą. Obserwacja tranzytu egzoplanety pozwoliłaby astronomom określić jej rozmiar.
Mając teraz na zdjęciu Kepler-138e, ponownie zmierzono masy znanych wcześniej planet za pomocą metody zmiany czasu tranzytu, która polega na śledzeniu niewielkich zmian w dokładnych momentach tranzytów planet przed ich gwiazdami, spowodowanych przez przyciąganie grawitacyjne innych pobliskich planet.
Naukowcy mieli kolejną niespodziankę: odkryli, że dwa wodne światy Kepler-138c i d są „bliźniaczymi” planetami, o praktycznie tej samej wielkości i masie, podczas gdy wcześniej uważano, że są drastycznie różne. Z drugiej strony potwierdzono, że bliższa planeta, Kepler-138b, jest małą planetą o masie Marsa, jedną z najmniejszych znanych dotychczas egzoplanet.
„W miarę jak nasze instrumenty i techniki stają się wystarczająco czułe, aby znajdować i badać planety znajdujące się dalej od swoich gwiazd, możemy zacząć znajdować znacznie więcej wodnych światów, takich jak Kepler-138 c i d” – podsumował Benneke.