Nya fakta om ångvärldar

 

Bild https://news.ucsc.edu/ Exoplaneter av det slag som kallas  sub-Neptunus tenderar att befinna sig mycket närmare sin sol än jorden är till vår sol och tros ha atmosfärer av ånga över lager av en exotisk fas av vatten som varken beter sig som gas eller vätska. (Bild av Artem Aguichi

Nu har astrobiologer och astronomer vid University of California, Santa Cruz, utvecklat ett mer exakt sätt att förstå dessa ångvärldars sammansättning och i slutändan hur de en gång har bildats De vanligaste planeterna därute sär de så kallade sub-neptunus som befinner sig i bana mycket nära sin sol dock finns ingen i vårt solsystem.

 – När vi förstår hur de vanligaste planeterna i universum bildas kan vi skifta fokus till mindre vanliga exoplaneter de som faktiskt skulle kunna ha livsformer, beskriver Artem Aguichine, postdoktor vid UC Santa Cruz och ansvarig för utvecklingen av den nya modellen.

Isiga månar är små, kondenserade kroppar med skiktade strukturer med ytor av is över hav med flytande vatten. Sub-Neptunus är mycket annorlunda. De är mycket mer massiva 10 till 100 % större än ishöljda månar och de kretsar mycket närmare sina stjärnor. De har inte isiga ytor och flytande hav som ex månarna Europa eller Enceladus. Istället utvecklar sub-neptunus  kraftiga ångatmosfärer och lager av "superkritiskt vatten".

Denna exotiska, superkritiska fas av vatten har återskapats och studerats i laboratorier på jorden och uppvisar ett beteende som är mycket mer komplext än vanligt flytande vatten eller is vilket gör det svårt att modellera det exakt. Vissa modeller visar till och med att vatten under extrema tryck- och temperaturförhållanden inuti sub-Neptunus kan omvandlas till "superjonisk is", en fas där vattenmolekyler omorganiseras så att vätejoner rör sig fritt genom ett syregitter.

Denna fas har konstruerats i laboratoriet och tros även existera i det djupa inre av Uranus, Neptunus och eventuellt även sub-Neptunusplaneter. Så för att modellera sub-Neptunus måste forskare förstå hur vatten beter sig som ren ånga, som superkritisk vätska och i extrema tillstånd som superjonisk is. Teamets modell tar hänsyn till experimentella data om vattnets fysik under extrema förhållanden och utvecklar den teoretiska modellering som krävs.

– Planeternas inre är naturliga "laboratorier" för att studera förhållanden som är svåra att reproducera i ett universitetslaboratorium på jorden. Det vi lär oss kan ha oförutsedda tillämpningar som vi inte ens har tänkt på. Vattenvärldarna är särskilt exotiska i den bemärkelsen", förklarar Batalha. I framtiden kan vi komma att upptäcka att en delmängd av dessa vattenvärldar representerar nya nischer för liv i galaxen, beskriver han.

Genom att modellera fördelningen av vatten i dessa vanliga sup-neptusplaneter kan forskare spåra hur vatten ett av universums vanligaste molekyler  rör sig under bildandet av planetsystem. Aguichine beskriver att vatten har en rad fascinerande egenskaper:

Det är både en kemisk syra och bas som deltar i den kemiska balansen

Det är bra på att lösa upp salter, sockerarter och aminosyror

Det skapar vätebindningar vilket ger vatten en högre viskositet, en högre kokpunkt, en större kapacitet att lagra värme mm.

Studien beskrivs i en artikel av Artem Aguichine publicerad den 24 juli i The Astrophysical Journal medförfattare är professor Natalie Batalha, chef för UC Santa Cruz astrobiologiinitiativ, tillsammans med professor Jonathan Fortney, ordförande för universitetets avdelning för astronomi och astrofysik.