Astronomi istražuju sastav površine obližnje super-Zemlje, stenovite egzoplanete LHS 3844 b

Pomoću MIRI, instrumenta na svemirskom teleskopu „Džejms Veb“ za posmatranje srednjeg infracrvenog područja, istraživači iz Instituta Maks Plank za astronomiju i Harvardsko-Smitsonovskog Centra za astrofiziku analizirali su površinski sastav stenovite egzoplanete LHS 3844 b.

Pored karakterizacije egzoplanetarnih atmosfera, ova vrsta dešifrovanja geoloških svojstava planeta koje kruže oko dalekih zvezda je sledeći korak u otkrivanju njihove prirode.

Preporučujemo

Tamna i bezvazdušna stenovita super-Zemlja

LHS 3844 b je stenovita planeta veća od Zemlje 30%, a orbitira oko hladne zvezde crvenog patuljka jednom tokom otprilike 11 sati. Vrteći se samo tri stelarna prečnika iznad površine zvezde domaćina, planeta je zaključana u sinhronu orbitu. To znači da jedna rotacija traje otprilike isto kao jedna revolucija.

Stoga je ista hemisfera LHS 3844 b uvek okrenuta prema zvezdi, stvarajući stalnu dnevnu stranu sa prosečnom temperaturom od oko 725 stepeni Celzijusovih. Sistem LHS 3844 je udaljen samo 48,5 svetlosnih godina od Zemlje.

„Zahvaljujući izuzetnoj osetljivosti ‘Veba’, možemo da detektujemo svetlost koja dolazi direktno sa površine ove daleke stenovite planete. Vidimo tamnu, vrelu, golu stenu, bez ikakve atmosfere“, kažu istraživači.

Sa svojom tamnom površinom, LHS 3844 b može izgledati kao veća verzija Meseca ili planete Merkur. Ovaj zaključak je zasnovan na analizi infracrvenog zračenja koje dolazi od vrele dnevne strane. Međutim, kad se meri ovo zračenje, planeta se ne može videti direktno; umesto toga se registruje ponavljajuća promena u sjaju koji stiže od zvezde i orbitirajuće planete zajedno.

Slično kao što istraživanje egzoplanetarnih atmosfera ima koristi od nauke o klimi, ova nova oblast egzoplanetarne geologije se oslanja na geološko znanje bazirano na Zemlji.

Poređenje podataka zasnovanih na posmatranju sa proračunima u pogledu stena i minerala poznatih sa Zemlje, Meseca i Marsa isključilo je sastav uporediv sa Zemljinom korom – tipično minerali bogati silikatima kao što je granit.

Iako ovaj rezultat nije preterano iznenađujući — čak i u solarnom sistemu, Zemlja je jedina planeta sa takvom korom — može otkriti detalje o geološkoj istoriji LHS 3844 b. Smatra se da se kore bogate silikatima nalik Zemljinoj formiraju putem produženog procesa prečišćavanja koji zahteva tektonsku aktivnost i obično se oslanja na vodu kao lubrikant. Stenoviti materijal se ponovljeno topi i stvrdnjava dok se meša sa materijalom omotača jezgra, ostavljajući lakše minerale na površini.

„Pošto LHS 3844 b nema takvu silikatnu koru, može se zaključiti da zemaljska tektonika ploča nije primenljiva kod ove planetu, ili nije delotvorna. Ova planeta verovatno ima samo malo vode“, kažu istraživači.

Šta možemo da zaključimo o stenovitoj površini egzoplanete?

Tamna površina ukazuje na sastav koji podseća na zemaljski ili lunarni bazalt, ili na materijal omotača. Ipak, astronomi su pokušali još detaljniju karakterizaciju.

Statistička analiza koliko dobro ovaj spektar odgovara raznim mešavinama i konfiguracijama minerala otkrila je da široke čvrste površine bazalta ili magmatske stene najbolje odgovaraju posmatranjima. One su bogate magnezijumom i gvožđem i mogu uključivati olivin. Smrskan materijal, kao što su kamenje ili šljunak, takođe prilično dobro odgovara, dok sitniji materijali nisu u skladu sa posmatranjima zbog svog sjajnijeg izgleda, barem na prvi pogled.

Bez zaštitne atmosfere, planete su podložne dejstvu svemirske erozije, koju uglavnom uzrokuju jako, energično zračenje matične zvezde i udari meteorita različitih veličina.

„Ispostavlja se ne samo da ovi procesi polako razbijaju tvrde stene u regolit, sloj finih zrna ili praha kao na Mesecu. Oni takođe zatamnjuju taj sloj dodavanjem gvožđa i ugljenika, čineći svojstva regolita usklađenijim sa posmatranjima“.

Ova procena je astronomima ostavila dva scenarija za površinu planete koja jednako dobro odgovaraju podacima. Jedan uključuje površinu kojom dominira tamna, čvrsta stena od bazaltnih ili magmatskih minerala. U poređenju sa geološkim vremenskim skalama, svemirska erozija brzo menja svojstva.

Stoga astronomi zaključuju da bi u ovom scenariju površina trebalo da bude relativno nova, proizvedena nedavnom geološkom aktivnošću, kao što je široko rasprostranjen vulkanizam.

Drugi scenario takođe predlaže tamnu površinu, uporedivu sa Mesecom ili Merkurom. Ipak, uzima u obzir dugu svemirsku eroziju, koja dovodi do širokih područja pokrivenih tamnim slojem regolita, finog praha prisutnog i na Mesecu. Ova alternativa se oslanja na duže periode geološke neaktivnosti, zahtevajući tako uslove suprotne prvom scenariju.

Ove dve alternative se razlikuju u stepenu nedavne geološke aktivnosti koja je potrebna. Na Zemlji i drugim aktivnim objektima u solarnom sistemu, tipičan fenomen tokom takve aktivnosti je oslobađanje gasa. Sumpor-dioksid je gas koji se obično povezuje sa vulkanizmom. Ako je prisutan na LHS 3844 b u umerenim količinama, MIRI bi trebalo da ga otkrije. Ipak, to se nije desilo.

Stoga se čini da je nedavni period aktivnosti malo verovatan, što navodi astronome da favorizuju drugi scenario. Ako je tačno, LHS 3844 b može izgledati poput Merkura.

Da bi testirali svoju ideju, istraživači nastoje na direktnijem pristupu. Obezbedili su dodatne „Vebove“ opservacije koje bi trebalo da im omoguće da raspoznaju uslove na površini putem malih razlika u načinu na koji čvrste ploče i praškasti materijali emituju ili odražavaju svetlost.

Distribucija emisionih uglova zavisi od grubosti površine, što utiče na količinu zračenja koja se prima pod određenim uglom posmatranja. Ovaj koncept se uspešno primenjuje za karakterizaciju asteroida u solarnom sistemu.

„Uvereni smo da će nam ista tehnika omogućiti da razjasnimo prirodu kore LHS 3844 b i, u budućnosti, drugih stenovitih egzoplaneta“, zaključuju istraživači.

(Telegraf Nauka/Phys.org)