Bild https://news.northwestern.edu/ Den rosa exoplaneten GJ504b upptäcktes 2013 och kretsar runt en solliknande stjärna 57 ljusår från jorden. Med ungefär 25 gånger Jupiters massa ligger den nära den suddiga gränsen mellan vad som är jätteplaneter och bruna dvärgar. Astronomer kallar den därför en "planetarisk massaföljeslagare", vilket betyder att det är ett planetstort objekt som kretsar runt en stjärna. Illustration ovan med tillstånd från NASA/Goddard Space Flight Center.
Under mer än ett decennium var den uråldriga, rosa dimmiga världen en utmaning för astronomer och en av de kallaste kända planeter som någonsin avbildats. Att se dess ljusspektra från jordens teleskop går inte. Först med observationer från James Webb Space Telescope (JWST) avslöjades en atmosfär fylld av exotisk kemi och salta moln. Här var något som ingen tidigare sett.
Observationerna ger de första direkta bevisen för saltmoln i ett kallt objekts atmosfär. Ett fenomen som forskare haft teorier om mer än 15 år tillbaka men inte upptäckt förrän nu. Upptäckten markerar även ett viktigt steg till att studera allt kallare objekt som är för svaglysande för att undersökas med markbaserade teleskop.
"Den rosa planeten är den kallaste följeslagaren som någonsin upptäckts med markbaserade instrument," beskriver Northwesterns Aneesh Baburaj, som ledde studien. "Många team runt om i världen gjorde uppföljande observationer för att studera dess ljusspektra, men det var för svagt för markbaserade instrument. Det gjorde den till ett perfekt mål för JWST. När vi äntligen fick dess spektrum såg det genast intressant ut. Då vi började gräva djupare i insamlad data insåg vi att det var något vi tidigare aldrig analyserat."
Som expert på exoplaneter är Baburaj postdoktoral forskare vid Northwesterns Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Arbetet utfördes i samarbete med forskare vid Space Telescope Science Institute (STScI), inklusive Marshall Perrin, som utarbetade observationsprogrammet till detta objekt. Perrin är medlem i JWST:s teleskopforskarteam. Teamet som bidrog till teleskopets design och nu ansvarar för dess nuvarande dagliga verksamhet.
Medan de flesta direkt avbildade exoplaneter har en temperatur på mellan 500-1000 grader Celsius har GJ504b bara 290 grader Celsius.
GJ504b ålder är den troliga orsaken till dess kyligare temperatur, beskriver Baburaj. Även om från början är brännande heta, svalnar jätteplaneter när de åldras. I den nya studien uppskattas att GJ504b är mellan 2,5 miljarder och 4 miljarder år gammal.
Med hjälp av JWST fångade Baburaj och hans team GJ504b:s svaga ljus. Sedan använde de avancerade databehandlingstekniker för att ta bort bländning från dess mycket ljusare sol. Denna kombination avslöjade slutligen följeslagarens spektrum, en graf som delar upp spritt ljus i komponentfärger. Varje färg representerar ett eget element. Genom att analysera ett objekts spektrum kan forskare upptäcka förekomsten av specifika grundämnen och molekyler.
Data avslöjade en rik blandning av kemikalier, inklusive vattenånga, metan, koldioxid, ammoniak och med flera molekyler. För att rekonstruera följeslagaren matade forskarna in dessa data i en astrofysisk modell. Men något stämde inte. Följeslagarens simulerade atmosfär stämde bara överens med observationerna om den innehöll ovanliga, fysiskt osannolika drag. När forskarna lade till moln i modellen försvann de ovanliga egenskaperna. Svaret blev att saltmoln dolde sannolikt atmosfärens djupare lager och formade ljuset som nådde JWST.
"Vi körde simuleringar med moln, och resultaten stämde överens med vad vi vet om kalla planeter," beskriver Baburaj. "Vi provade tre olika sorters moln och saltmoln passade bäst. När vi räknade med saltmoln dämpade det signaturen av molekyler som låg djupare i atmosfären. Då blev resultaten fysiskt möjliga."
Spektrumet antydde också att GJ504b är ovanligt rik på tunga grundämnen (metaller). Mysteriet kring objektets bildning kvarstår, nuvarande data tyder på att det kan ha bildats antingen som en planet eller en liten men misslyckat bildad stjärna.
Baburaj säger att teknikerna som används i studien kan hjälpa till att lösa andra mysterier kring kalla, svaglysande planeter. Jupiter till exempel hyser moln av ammoniakis. Även om dessa molntyper fortfarande ligger utanför räckhåll för nuvarande observationer, tyder upptäckten av GJ504b:s saltmoln på att astronomerna snart kan observera dem.
Moln kan bildas av
många skilda slag beroende på en planets temperatur. Det bör alltid beaktas och
förstås anser jag.
"Det här är första gången vi har upptäckt att saltmoln är avgörande för att förklara spektrumet hos ett objekt," beskriver Baburaj. "Det blir en bra påminnelse om att ta hänsyn till moln i våra modeller."
Studien publicerades i Astronomical Journal.
