Para peneliti yakin planet itu telah kehilangan atmosfer aslinya dan membangun yang baru

Sebagian besar planet sering kali memiliki atmosfer awal yang berbeda dari atmosfer tempat mereka berada. Sebagian besar gas di tata surya adalah hidrogen dan helium. Tapi melihat melalui planet berbatu di tata surya kita mengungkapkan tiga atmosfer yang sangat berbeda (dan satu sangat lemah), dengan hidrogen dan helium sebagai komponen yang relatif kecil. Saat kita memperoleh kemampuan untuk melihat atmosfer planet ekstrasurya, kita harus mendapatkan perspektif yang lebih besar tentang semua cara di mana atmosfer dapat berubah seiring bertambahnya usia planet mereka.

Minggu ini, tim astronom internasional melaporkan telah menemukan atmosfer di planet yang sebelumnya tidak diharapkan keberadaannya. Para astronom berpendapat bahwa itu sebenarnya atmosfer kedua planet itu, yang dihasilkan dari aktivitas vulkanik setelah titik didih pertama di awal sejarah planet.

Tangkap suasananya

Secara umum, saat ini kami tidak memiliki teknologi untuk memotret exoplanet kecuali ukurannya sangat besar, sangat kecil, dan jaraknya sangat jauh dari bintang yang mengorbit. Namun, kami masih bisa mengenali apa yang ada di atmosfer mereka. Untuk melakukan ini, kita perlu mengamati planet yang melewati garis pandang antara Bumi dan bintangnya. Selama transit, sebagian kecil cahaya bintang bergerak melalui atmosfer planet menuju Bumi, berinteraksi dengan partikel di sana.

Partikel-partikel ini meninggalkan jejak pada spektrum cahaya yang mencapai Bumi. Tanda ini sangat redup, karena sebagian besar cahaya bintang tidak pernah melihat atmosfer. Tetapi dengan menggabungkan data dari beberapa hari pengamatan, tanda tangan ini dapat dibuat berbeda dari kebisingan.

Itulah yang dilakukan para ilmuwan dengan GJ 1132 b, sebuah planet ekstrasurya yang mengorbit bintang kecil 40 tahun cahaya dari Bumi. Planet ini kira-kira seukuran Bumi dan sekitar 1,5 kali massanya. Ia juga mengorbit di dekat bintang induknya, menyelesaikan orbit penuh hanya dalam 1,6 hari. Ini cukup dekat untuk memastikan bahwa meskipun bintang kecil redup, GJ 1132 b sangat panas.

Faktanya, itu sangat dekat dan panas, bahkan, para peneliti memperkirakan bahwa saat ini ia kehilangan sekitar 10.000 kilogram atmosfer setiap detik. Karena bintang induk diharapkan jauh lebih terang di awal sejarahnya, para peneliti memperkirakan bahwa GJ 1132 b akan kehilangan atmosfer yang wajar dalam 100 juta tahun pertama keberadaannya. Faktanya, selama kehidupan planet, para peneliti memperkirakan bahwa ia mungkin telah kehilangan atmosfer yang beratnya sekitar lima kali massa planet saat ini – hal yang akan Anda lihat jika planet yang tersisa adalah inti dari Neptunus muda.

(Ada beberapa keraguan tentang angka-angka ini, berdasarkan seberapa sering bintangnya mengirimkan partikel berenergi tinggi dan seberapa kuat medan magnet planet. Tetapi angka-angka ini tidak cukup besar untuk menjaga atmosfer tetap di tempatnya selama 5 miliar tahun di seluruh planet. tanggal.)

Jadi, para peneliti mungkin akan terkejut menemukan bahwa berdasarkan data dari Hubble, planet tersebut tampaknya memiliki atmosfer.

Bagaimana ini bisa sampai disini?

Satu penjelasan yang mungkin untuk ini adalah bahwa planet terbentuk pada jarak yang lebih kecil dari bintang dan kemudian bermigrasi ke daratan. Tapi itu berarti kami menemukan GJ 1132 b dalam jendela waktu yang relatif sempit: antara berada cukup dekat dengan bintang hingga kehilangan atmosfernya, tetapi sebelumnya semua atmosfer itu memanas di ruang angkasa. Lebih baik jika planet terbentuk dekat tempatnya dan menciptakan atmosfer kedua setelah yang pertama hilang.

Untungnya, data yang diberikan oleh Hubble dapat memberikan sedikit petunjuk tentang apa yang ada di atmosfer. Tanda tangan yang ditinggalkan oleh partikel di atmosfer pada cahaya bintang memberikan beberapa petunjuk seperti apa bentuknya. Semantik ini kompleks – karena ada banyak molekul yang memiliki tanda tangan yang sebagian tumpang tindih di beberapa wilayah spektrum tetapi tidak di wilayah lain – dan mereka menambah kompleksitas. Tetapi dimungkinkan untuk melihat sinyal dari atmosfer planet dan menentukan kelompok molekul mana yang kompatibel dengan sinyal itu.

Para peneliti menemukan bahwa kemungkinan ada beberapa aerosol yang tinggi di atmosfer. Dan komposisinya tidak terlalu mengejutkan di planet lain: kebanyakan metana, etana, hidrogen, dan hidrogen sianida. Tapi ingat, alasan keseluruhan atmosfer ini begitu menarik adalah karena planet ini pasti telah kehilangan atmosfernya di awal sejarahnya – dan semua hidrogen juga ikut lenyap.

Magma

Namun, tim peneliti mengusulkan solusi potensial untuk dilema ini. Di awal sejarah planet, planet itu pasti memiliki atmosfer yang kaya akan hidrogen dan permukaannya adalah lautan magma. Studi terbaru menunjukkan bahwa sejumlah besar hidrogen dapat disimpan di magma, dan saat planet mendingin, ia menemukan dirinya terperangkap di bawah kerak.

Tapi itu mungkin tidak terjebak selamanya. Para astronom berpendapat bahwa planet itu pasti panas sebagian karena besarnya jumlah radiasi yang ditangkapnya dari bintang yang sangat dekat, tetapi juga karena gaya pasang surut yang diberikan oleh gravitasi bintang pada keraknya. Ini harus cukup untuk menjaga kerak tipis dan elastis, memungkinkan terjadinya gunung berapi skala besar. Oleh karena itu, mereka mengusulkan bahwa atmosfer saat ini dapat dibentuk dan dibuat ulang oleh aktivitas vulkanik, dengan magma kaya hidrogen memiliki komposisi karakteristiknya.

Jelas, ini bukan hal yang paling sederhana untuk dikonfirmasi, meskipun kedatangan Teleskop Luar Angkasa James Webb akan membuka wilayah spektrum baru untuk memberikan pemeriksaan independen atas perkiraan komposisi atmosfer. Tetapi tes terbaik adalah menemukan bahwa jenis atmosfer sekunder ini muncul di exoplanet lain. Mengingat minat untuk memotret atmosfer mereka, kami mungkin tidak menunggu lama untuk menunggu.

File ArXiv. Nomor abstrak: 2103.05657 (Tentang arXiv tersebut). Untuk publikasi di Jurnal Astronomi.