Wodny świat?
Naukowcy znaleźli dowody na istnienie nowego typu planet, które nazwali „wodnym światem” – woda stanowi tam bowiem znaczną część planety. Takie światy odkryte zostały w układzie planetarnym oddalonym o 218 lat świetlnych i są niepodobne do jakichkolwiek planet w naszym Układzie Słonecznym.
Zespół kierowany przez Caroline Piaulet z Institute for Research on Exoplanets (iREx) na Uniwersytecie w Montrealu, opublikował 15 grudnia 2022 roku w czasopiśmie „Nature Astronomy” wyniki szczegółowych badań układu planetarnego znanego jako Kepler-138. Piaulet, która jest członkiem zespołu badawczego Björna Bennekego na Uniwersytecie w Montrealu, obserwowała egzoplanety Kepler-138 c i Kepler-138 d zarówno za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, jak i Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Stwierdziła, że planety mogą składać się w dużej mierze z wody. Woda nie została wykryta bezpośrednio, ale porównując rozmiary i masy planet z modelami, naukowcy doszli do wniosku, że znaczna część ich objętości – około połowa – jest zbudowana z materiałów lżejszych od skał, ale cięższych od wodoru lub helu (które stanowią większość planet gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz). Najczęstszym materiałem branym pod uwagę przez naukowców jest woda.
– Wcześniej myśleliśmy, że planety, które są większe od Ziemi, mogą być wielkimi kulami metalu i skał, jak przeskalowane wersje Ziemi, dlatego nazwaliśmy je super-Ziemiami – wyjaśnił Benneke. – Teraz jednak uznaliśmy, że te dwie planety, Kepler-138 c i d, mają zupełnie inny charakter i że duża część ich całej objętości prawdopodobnie składa się z wody. Jest to najlepszy jak dotąd dowód na istnienie "wodnych światów".
Z objętościami ponadtrzykrotnie większymi i masami dwukrotnie większymi od Ziemi, planety Kepler-138 c i d mają znacznie niższe gęstości niż Ziemia. Jest to zaskakujące, ponieważ większość planet tylko nieco większych od Ziemi, które zostały do tej pory szczegółowo zbadane, wydawały się skalistymi światami, takimi jak nasz. Najbliższym porównaniem mogą być niektóre z lodowych księżyców w zewnętrznym Układzie Słonecznym, które również w dużej mierze składają się z wody otaczającej skaliste jądro.
– Wyobraźmy sobie większe wersje Europy lub Enceladusa, bogatych w wodę księżyców krążących wokół Jowisza i Saturna, ale przeniesionych znacznie bliżej swojej gwiazdy – wyjaśniła Piaulet.
Zidentyfikowanie obiektu o gęstości lodowych księżyców Układu Słonecznego, ale znacznie większego i masywniejszego, wyraźnie wskazują na wielką różnorodność egzoplanet. Można się spodziewać, że jest to skutek różnorodnych procesów formowania i ewolucji planet. Naukowcy zwracają jednak uwagę, że planety te mogą nie mieć oceanów takich, jak na Ziemi, czyli bezpośrednio przy powierzchni planety. Temperatura w atmosferze Keplera-138 d jest prawdopodobnie powyżej temperatury wrzenia wody, dlatego badacze spodziewają się na tej planecie gęstej atmosfery zbudowanej z pary wodnej. Pod tą parową atmosferą może potencjalnie znajdować się woda w stanie ciekłym pod wysokim ciśnieniem lub nawet woda w innej fazie, która występuje pod wysokim ciśnieniem, zwanej płynem nadkrytycznym.
Niedawno inny zespół z Uniwersytetu w Montrealu odkrył planetę o nazwie TOI-1452b, która potencjalnie może być pokryta ciekłowodnym oceanem, ale do potwierdzenia tego potrzebne będą dalsze obserwacje za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
W 2014 roku dane z Kosmicznego Teleskopu Keplera pozwoliły astronomom ogłosić wykrycie trzech planet krążących wokół Keplera-138, czerwonej gwiazdy karłowatej w gwiazdozbiorze Lyry. Stało się to na podstawie mierzalnego zanurzenia w świetle gwiazd, gdy każda z planet chwilowo przechodziła przed gwiazdą. Naukowcy wpadli na pomysł ponownej obserwacji układu planetarnego za pomocą teleskopów kosmicznych Hubble’a i Spitzera w latach 2014–2016, aby uchwycić więcej tranzytów Keplera-138 d, trzeciej planety w układzie, w celu zbadania jej atmosfery. Dwa możliwe wodne światy, Kepler-138 c i d, nie znajdują się w strefie zamieszkiwania, czyli obszarze wokół gwiazdy, w którym temperatury pozwalałyby na obecność ciekłej wody na powierzchni skalistej planety. W danych z teleskopów Hubble’a i Spitzera badacze znaleźli jednak dowody na istnienie jeszcze jednej planety w układzie, Keplera-138 e, który już znajduje się w strefie zamieszkiwania. Ta nowo odkryta planeta jest mała i znajduje się dalej od swojej gwiazdy niż trzy pozostałe, jej okrążenie potrzebuje 38 dni. Natura tej dodatkowej planety pozostaje jednak otwartą kwestią, ponieważ nie wydaje się ona tranzytować na tle swojej gwiazdy. Obserwacja tranzytu egzoplanety pozwoliłaby astronomom określić jej rozmiar. Wiedząc już jednak o istnieniu Keplera-138 e, ponownie zmierzono masy znanych wcześniej planet metodą, która polega na śledzeniu niewielkich zmian w dokładnych momentach tranzytów planet przed ich gwiazdą, spowodowanych przyciąganiem grawitacyjnym innych pobliskich planet. Naukowcy odkryli, że dwa wodne światy Kepler-138 c i d są bliźniaczymi planetami o praktycznie takich samych rozmiarach i masie, podczas gdy wcześniej sądzono, że się znacznie różnią. Z kolei bliższa planeta, Kepler-138 b, została potwierdzona jako mała planeta o masie Marsa i jest jedną z najmniejszych egzoplanet znanych do tej pory.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba powinien przyczynić się do cennych obserwacji uzupełniających i może być kluczem do odsłonięcia składu atmosfery tak egzotycznego obiektu. Dostarczy także ważnych informacji umożliwiających porównanie składu lodowych księżyców Układu Słonecznego ze składem ich większych i cięższych pozasłonecznych odpowiedników.
Opracowano na podstawie:
Hubble helps discover a new type of planet largely composed of water
Two Exoplanets May Be Mostly Water, NASA's Hubble and Spitzer Find
