TRAPPIST-1 e misstänks ha atmosfär och vatten.

 

Bild wikipedia på hur en illustratör tolkar hur planeten TRAPPIST-1 e som finns 39 ljusår från jorden i Vattumannens stjärnbild kan se ut från ovan.

Med hjälp av NASA:s JWST har forskare som en del av ett stort internationellt projekt sökte efter atmosfär på TRAPPIST-1e som kretsar inom den beboeliga zonen av den röda dvärgstjärnan TRAPPIST-1.

TRAPPIST-1e är av särskilt intresse eftersom närvaron av flytande vatten kan finnas här om planeten visas ha en atmosfär.

Forskarna riktade JWST:s kraftfulla instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) mot solsystemet när planeten passerade framför sin sol. Stjärnljus som passerar genom planetens atmosfär, om det finns ett, kommer delvis att absorberas och motsvarande dippar i ljusspektrumet som når JWST berättar för astronomerna vilka grundämnen som finns där. Med varje ytterligare passage blir det atmosfäriska innehållet mer och mer analyserat.

De första resultaten, som publiceras i dagarna i två vetenskapliga artiklar i tidskriften Astrophysical Journal Letters  (en av artiklarna) indikerar flera möjliga scenarier, inklusive möjligheten av en atmosfär. Dr Hannah Wakeford, docent i astrofysik vid University of Bristol och en ledande medlem av JWST Transiting Exoplanet-teamet som hjälpte till att utforma observationsutrustningen till teleskopet för att säkerställa att forskarna får tillgång till intressant data.

"JWST:s infraröda instrument ger oöverträffad detaljrikedom och hjälper oss att förstå mycket  om vad som finns i en planets atmosfär och på dess yta i form av grundämnen.

Medförfattare till båda studierna, Dr David Grant, tidigare Senior Research Associate vid University of Bristol, förklarade: "Resultaten utesluter närvaron av en ursprunglig vätebaserad atmosfär. Detta är det gashölje som  huvudsakligen bestående av väte, som omgav många  planeter i dess tidiga bildningsstadier. Sådana atmosfärer tros vara gemensamma för både jätteplaneter och jordlika planeter i det tidiga solsystemet. Så en atmosfär om den finns är inte den ursprungliga likt vår inte är på jorden (vi har ju inte en atmosfär bestående av nästan enbart väte på jorden i dag).           

– Eftersom TRAPPIST-1 är en mycket aktiv stjärna, med frekventa solutbrott, är det inte förvånande att den väte-heliumatmosfär som planeten kan ha bildat skulle skalas bort av strålning. Många planeter, inklusive jorden, bygger upp en tyngre sekundär atmosfär efter att ha förlorat sin primära atmosfär. Det är möjligt att planeten aldrig kunde göra detta och inte har en sekundär atmosfär, men det finns en lika stor möjlighet att en sådan existerar.

Närvaron av en sekundär atmosfär innebär att flytande vatten kan existera på ytan (likt har skett på jorden) och om så är fallet kan det enligt forskare ha åtföljas av en växthuseffekt, liknande den som skett på jorden, där olika gaser, särskilt koldioxid, håller atmosfären stabil och jorden varm.

Den andra artikeln beskriver arbetet med den teoretiska tolkningen och huvudförfattaren till denna Dr Ana Glidden, en postdoktoral forskare vid Massachusetts Institute of Technology, beskriver: "Det är osannolikt att atmosfären på planeten domineras av koldioxid, som ex den kraftiga atmosfären på Venus består av och den tunna atmosfären på Mars. Men det är också viktigt att notera att det inte finns några direkta paralleller med vårt solsystem. TRAPPIST-1 är en stjärna som skiljer sig mycket från vår sol och planetsystemet runt den är också distinkt.

Dr Wakeford tillägger: "En liten växthuseffekt kan räcka långt och de nya mätningarna utesluter inte att det finns tillräckligt med koldioxid för att upprätthålla en del flytande vatten på ytan. Det flytande vattnet skulle kunna ta formen av ett globalt hav, eller täcka ett mindre område av planeten som alltid är riktat mot sin sol eller finns vattnet på den eviga nattisen i form av is. Detta skulle vara möjligt eftersom TRAPPIST-1:s planeter är så stora och att de ligger nära sina stjärnors omloppsbanor, såden ena sidan alltid är vänd mot stjärnan och den andra sidan ligger i evigt mörker.

Nästa steg i forskningen kommer att innebära ytterligare detaljerade observationer, där man jämför data från en annan exoplanet i detta solsystem TRAPPIST-b vilken kretsar närmast TRAPPIST-1.

En av huvudforskarna i forskargruppen med fokus på TRAPPIST-1e Dr Néstor Espinoza, associerad astronom och uppdragsforskare för exoplanetvetenskap vid Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland, beskriver: "Webbs infraröda instrument ger oss mer detaljer än vi någonsin haft tillgång till tidigare och de första fyra observationerna vi har kunnat göra av TRAPPIST-1e visar oss vad vi kommer att behöva arbeta med när mer information kommer in."

Exoplaneten K2-18bs kemi verkar inte ha liv som vi känner det.

 

Bild https://phys.org/news  En illustratörs illustration av planeten K2-18b, en av de planeter som antas kunna hysa liv därute men som nu inte är lika intressant.

Exoplaneten K2-18b finns 124 ljusår bort i stjärnbilden Lejonet.

Planeten tros vara på rätt avstånd från sin sol för att ha kunna ha flytande vatten vilket gör den till en huvudmisstänkt i sökandet efter utomjordiskt liv.

Förra månaden skapade astronomer med hjälp av James Webb Space Telescope rubriker genom att meddela att de hade upptäckt tecken på kemikalierna dimetylsulfid (DMS) och dimetyldisulfid (DMDS) på planeten. Dessa kemikalier produceras endast av liv, t.ex. marina alger på jorden, vilket innebär att de anses vara potentiella "biosignaturer" som indikerar på liv.

Astronomerna under ledning av Nikku Madhusudhan vid Cambridge University, uttryckte försiktighet om en ev biosignatur och betonade att de inte hävdade en definitiv upptäckt av detta.

Deras upptäckt hade nått en tre-sigma-nivå av statistisk signifikans "vilket innebär att det fortfarande finns en chans på tre på 1 000 att detta är en lyckträff", beskriver Madhusudhan. Två av Madhusudhans tidigare studenter, Luis Welbanks från Arizona State University och Matthew Nixon från Maryland University var bland de forskare som sedan dess har analyserat insamlad data bakom tillkännagivandet. I en modell utökade Welbanks och kollegor antalet möjliga kemikalier som kunde förklara de signaler som Webbteleskopet upptäckte till 90 från de ursprungliga 20.

Mer än 50 gav en "träff", beskriver Welbanks till nyhetsbyrån AFP.

Forskarna säger inte att planeten definitivt inte har DMS bara att De tre mest "lovande" kemikalierna de hittade inkluderade DMS men inte DMDS. De andra två kemikalierna var dietylsulfid och metylakrylnitril, varav den senare är giftig.

Madhusudhan medgav att dessa föga kända kemikalier sannolikt inte är "realistiska molekyler" på en planet som K2-18b.

Welbanks påpekade att "inom loppet av en månad utan några nya data, utan nya modeller, utan några nya laboratoriedata förändrades hela deras analys". Mer data om K2-18b kommer under nästa år vilket bör ge en mycket tydligare bild av planetens kemiska innehåll, tillade Madhusudhan.

Även om planeten bekräftas innehålla DMS är det inte en garanti för liv. Kemikalien har upptäckts även på en livlös asteroid så därför behövs fler observationer, tillade Welbanks.

Detta sker i månen Titans atmosfär

 

Bild wikipedia Vertikalt diagram över Titans atmosfär. Titan är Saturnus största måne och näst störst i vårt solsystem. Störst måne är Jupiters måne Ganymedes vilken är större än planeten Merkurius.

På Titan har metan en liknande roll som vatten på jorden när det gäller väder. Det avdunstar från ytan och stiger upp i atmosfären, där det kondenseras och bildar moln av metan likt vattenånga gör på jorden. Ibland droppar metan ur molnen likt regn på jorden och då som ett kyligt oljigt regn ner på titans yta bestående av frusen is av vatten som är lika hård som stenytan.

"Titan är den enda platsen i vårt solsystem som likt jorden har väder, i den meningen att den har moln och nederbörd på sin yta", förklarar huvudförfattaren till en ny studie Conor Nixon vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Teamet observerade Titan i november 2022 och juli 2023 med hjälp av  Webbteleskopet och ett av de två markbaserade W.M. Keck Observatoriets teleskop. Observationerna visade inte bara moln på de mellersta och höga nordliga breddgraderna på Titan - halvklotet där det för närvarande är sommar - utan visade också att moln uppenbarligen steg till högre höjder över tid.

 Tidigare studier har observerat molnkonvektion på sydliga breddgrader. Men detta är första gången bevis finns för sådan konvektion sker i norr. Detta är viktigt eftersom de flesta av Titans sjöar och hav finns på norra halvklotet och avdunstning från sjöar är en stor potentiell metankälla. Den totala sjöytan på Titan är jämförbar med de stora sjöarna i Nordamerika.

På jorden sträcker sig det lägsta lagret av atmosfären, eller troposfären upp till en höjd av cirka 12 kilometer. På Titan med lägre gravitation har gjort det möjligt för de atmosfäriska lagren att expandera upp till cirka 45 kilometer i troposfären.

Webb och Keckteleskopen använde i studien olika infraröda filter för att undersöka olika djup i Titans atmosfär vilket gjorde det möjligt för astronomer att uppskatta molnens höjder. Forskarteamet observerade moln som verkade röra sig till högre höjder under flera dagar även om de inte direkt då kunde se någon nederbörd.

Resultaten av studien publicerades i tidskriften Natur Astronomi 

En strukturell kusin till DNA kan finnas i Venus atmosfär

 

Bild https://www.cardiff.ac  Molnen på Venus består  bland annat av droppar av svavelsyra, klor och järn.

Forskning under ledning från Wrocław University of Science and Technology, visar hur peptidnukleinsyra (PNA) vilket är en strukturell kusin till DNA kan överleva under laboratorieförhållanden som efterliknar förhållanden som kan finnas i Venus moln. 

Det internationella teamet använde sig av expertis från Cardiff University, Massachusetts Institute of Technology, Worcester Polytechnic Institute och branschsamarbetspartnerna i Symeres för studien för att utvärdera PNA:s förmåga att motstå en 98-procentig svavelsyralösning vid rumstemperatur under en period av två veckor. 

 Resultat visar att koncentrerad svavelsyra kan upprätthålla ett brett spektrum av organisk kemi som kan vara grunden till livsformer som skiljer sig från de som finns på jorden.

Huvudförfattaren, Dr Janusz Jurand Petkowski från Wrocław University of Science and Technology, beskriver: "Folk tror att koncentrerad svavelsyra förstör alla organiska molekyler och därför dödar allt liv, men det är inte sant.

"Medan många biokemikalier, som sockerarter är instabila i en sådan miljö visar vår forskning hittills att andra slag av kemikalier som även de finns i levande organismer, såsom kvävebaser, aminosyror och vissa dipeptider inte bryts ner i detta slags miljö." 

En artikel som beskriver deras forskningsresultat med namnet "Astrobiological Implications of the Stability and Reactivity of Peptide Nucleic Acid  in Concentrated Sulfuric Acid" är publicerad i Science Advance 

Ett ovanligt slag av exoplanet

 

Bild https://webbtelescope.org/ Illustratörs koncept av den varma exoplaneten TOI-421 b. TOI-421 b vilken kretsar kring en solliknande stjärna ungefär 244 ljusår från jorden i stjärnbilden Haren. Dess sol är något mindre och svalare än vår sol. Planeten kretsar extremt nära stjärnan (bara 0,056 astronomiska enheter, eller 5,6 % av avståndet mellan jorden och solen) och är därmed mycket varm (över 300 Celcius).

Sub-Neptunus kallas planeter som är mycket mindre än gasjättar och svalare än heta Jupitrar. Med NASA:s James Webb Space Telescope har det blivit lättare att upptäcka dem. De är troligen den vanligaste typen planet därute men finns av okänd anledning inte i vårt eget solsystem. Varför vill astronomer förstå.

Många sub-Neptunus är skymda av moln och dis vilket har gjort det omöjligt att bestämma deras atmosfäriska sammansättning. Genom att använda Webbteleskopet för att studera sub-Neptunus i detta fall TOI-421 har forskare avslöjat de kemiska fingeravtrycken i denna exoplanets atmosfär. 

"Jag vill fortsätta arbeta med Webbteleskopets data så att vi på ett meningsfullt sätt skulle kunna karakterisera atmosfärerna på dessa planeter", beskriver forskningsledaren Eliza Kempton vid University of Maryland, College Park. 

Existensen av exoplaneter av sub-Neptunuskaraktär var oväntad. Den första upptäcktes av NASA:s pensionerade rymdteleskop Kepler (under 2011) för bara något tiotal år sedan. Astronomer vill förstå hur dessa planeter bildades och varför de är så vanliga.

– Vi observerade TOI-421 b för att vi tänkte att den kanske inte skulle ha dis", beskriver Kempton. "Och anledningen är att det fanns en del tidigare data som antydde att planeter över ett visst temperaturintervall var mindre omgivna av dis och moln än andra."

Den temperaturtröskeln är cirka 300 Celcius. Under denna temperatur antog forskarna att en komplex uppsättning fotokemiska reaktioner skulle inträffa mellan solljus och metangas och det skulle utlösa dis. Hetare planeter borde inte ha metan och därför inte ha dis. Teamet hittade vattenånga i TOI-421 b atmosfär, liksom preliminära signaturer av kolmonoxid och svaveldioxid. Där finns även molekyler som till exempel metan och koldioxid. Från data som samlats in kan de också dra slutsatsen att det finns en stor mängd väte i TOI-421 b:s atmosfär. Den vätedominerade atmosfären är intressant eftersom den efterliknar sammansättningen av TOI-421 b:s sol.

Förutom att TOI-421 b är varmare än andra  sub-Neptunus som  observerats med Webb, kretsar den kring en solliknande stjärna. De flesta  andra sub-Neptunus som hittills har observerats kretsar kring mindre och svalare stjärnor så kallade röda dvärgstjärnor.

Är TOI-421b symbolisk för heta sub-Neptunus som kretsar kring solliknande stjärnor (stjärnor liknande vår sol) eller är det bara så att exoplaneter är väldigt olika? För att ta reda på det vill forskarna undersöka fler heta sub-Neptunus för att avgöra om TOI-421 b är unik eller inte. De hoppas även få kunskap om hur sub-Neptunusplaneter bildas och utvecklas.

Då de flesta sub-Neptunus man funnit finns runt röda dvärgstjärnor är det möjligt att TOI-421b är unik då denna bildats runt en stjärna som liknar vår egen sol och inte en röd dvärgstjärna vilka ofta är mer oroliga i strålningshänseende.

Teamets resultat publiceras den 5 maj i The Astrophysical Journal Letters  

Exoplaneter kan ha atmosfärer av en blandning av väte och vatten.

 

Bilden wikipedia En illustratörs tolkning av K2-18b (blå) som kretsar runt den röda dvärgstjärnan K2-18 som 124 ljusår bort från oss, ytterligare en exoplanet ses i solsystemet exoplaneten K2-18c.

Alla planeter som hittills upptäckts består av gas, is, sten och metall och modeller av hur planeter bildas brukar visa att dessa ämnen inte reagerar kemiskt med varandra. Men vad händer om likväl några av dem gör det frågade sig Planetforskare vid UCLA och Princeton och kom på ett överraskande svar. Under den intensiva hettan och trycket i nybildade planeter reagerar vatten och gas med varandra vilket skapar oväntade blandningar i atmosfärer hos unga planeter av jordens till Neptunus storlek och en "nederbörd" djupt inne i dess atmosfär.

Nya studier visar att den vanligaste typen av planeter i vår galax, de i storlek mellan jordens och Neptunus vanligtvis bildas med en väteatmosfär vilket resulterar i förhållanden där väte och planetens smälta inre interagerar i miljontals till miljarder år. Interaktionen mellan atmosfären och det inre är därför avgörande för att förstå då dessa planeter bildas och utvecklas och vad som kan finnas under dessas atmosfärer.

Men temperaturerna och trycket är så extrema att laboratorieexperiment för att studera det i modeller är nästan omöjligt. Forskarna utnyttjade därför superdatorerna vid UCLA och Princeton för att genomföra kvantmekaniska simuleringar av molekyldynamik för att undersöka hur väte och vatten interagerar över ett brett spektrum av tryck och temperatur i planeter av Neptunusstorlek och mindre.

Arbetet visade implikationer som att planeter utanför vårt solsystem, såsom exoplaneterna K2-18 b och TOI-270 d, vilka har hävdats vara potentiellt beboeliga världar kan ha en väteatmosfär tätare än ett hav av vatten. Den inre temperaturerna hos exoplaneter om de är tillräckligt höga skulle kunna ligga inom den gräns där väte och vatten inte kan separeras, så att dess atmosfär skulle bestå av en enda homogen väte-vattenvätska.

"Om vatten och väte verkligen är väsentligt blandat i en planets inre, kan strukturen och den termiska utvecklingen hos jord- och Neptunusliknande exoplaneter skilja sig väsentligt från de standardmodeller som vanligtvis används inom området", beskriver Hilke Schlichting, medförfattare till studien och professor i earth, planetary, and space sciences vid UCLA.

Å andra sidan kan planeter som är kallare ha ett separat lager berikat med vatten, möjligen i flytande form.

Forskningen ger därmed ytterligare ett fysikinspirerat ramverk för att begränsa sökandet efter planetsystem i vår galax där vattenrika exoplaneter skulle kunna ha vattenhav eller atmosfärer där väte och vatten är helt beblandade.

Tänk er en atmosfär bestående av vatten och väte varunder ett hav flyter på ytan. Det blir en atmosfär betydligt tätare än jordisk dimma. 

Forskningen finansierades av NASA, National Science Foundation, Heising-Simons Foundation och Princeton University. Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften The Astrophysical Journal Letters 

Den komplexa atmosfären över en fritt svävande exo-Jupiter

Bild https://webbtelescope.org  illustration på SIMP 0136.

Webb har fångat fläckvisa molnlager, heta områden på hög höjd och variationer i atmosfären över ett snabbt roterande, fritt svävande objekt 20 ljusår från jorden.

Att få en bra bild på en planet utanför vårt solsystem kan vara svårt. Vissa exoplaneter är alldeles för svala och ljussvaga för att kunna upptäckas. Många är praktiskt taget osynliga i det bländande skenet från sin sol. Andra roterar så långsamt att det skulle ta dagar att kartlägga hela planeten.

SIMP 0136 är ett hett, ljusstarkt, objekt i storlek som en planet med en kraftig atmosfär, extremt snabb rotationshastighet och ingen stjärna som förstör sikten mot objektet. SIMP 0136 är tekniskt sett inte en exoplanet då den inte finns i ett exosolsystem.

Genom att använda NASA:s James Webb Space Telescope för att övervaka SIMP 0136 när olika delar av objektets atmosfär roterar har forskare kunnat reda ut ljusstyrkemönstren av hundratals färger av infrarött ljus som kommer från olika delar av objektets atmosfär. Resultaten avslöjar variationer i molntäcken, temperatur och kemi vilket ger insikt i den tredimensionella komplexiteten hos gasjättar i och utanför vårt solsystem.

Genom att använda NASA:s James Webb Space Telescope för att övervaka ett brett spektrum av infrarött ljus som sänds ut under två hela rotationsperioder av SIMP 0136, kunde teamet upptäcka variationer i molnlager, temperatur och kolkemi som tidigare varit okända.

SIMP 0136 är ett snabbt roterande, fritt svävande objekt som är ungefär 13 gånger Jupiters massa, beläget i Vintergatan 20 ljusår från jorden. Även om den inte är klassificerad som en exoplanet då den inte har en bana runt en stjärna och kan vara en brun dvärg så är SIMP 0136 ett idealiskt mål för exometeorologi.

 Det är det ljusaste objektet av sitt slag på den norra stjärnhimlen. Eftersom den inte ingår i ett solsystem kan den observeras utan problem för ljuskontaminering eller variabilitet orsakad av en stjärna. Och dess korta rotationsperiod på bara 2,4 timmar gör det möjligt att göra mätningar mycket effektivt.

Före Webb-observationerna hade SIMP 0136 studerats med hjälp av markbaserade observatorier och NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer.

"Vi visste redan att SIMP 0136  varierar i ljusstyrka och vi var säkra på att det finns fläckiga molnlager som roterar in och ut ur sikte och utvecklas över tid", förklarar Allison McCarthy, doktorand vid Boston University och huvudförfattare till en studie om objektet som publicerats i The AstrophysicalJournal Letters. "Vi trodde också att det kunde finnas temperaturvariationer, kemiska reaktioner och möjligen vissa effekter av norrskensaktivitet som påverkade ljusstyrkan, men vi var inte säkra." Denna forskning genomfördes som en del av Webbs General Observer (GO) -program

Hur månen Titan lyckas behålla sin atmosfär

 

Bild wikipedia (engelska). En modell av Titans inre struktur.

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i vårt solsystem och den enda månen som har en betydande atmosfär.

"Trots att Titan bara är 40 procent av jordens diameter har den en atmosfär som är 1,5 gånger tätare än jordens även fast denna måne har en lägre gravitation", beskriver SwRI:s (Southwest Research Institute) Dr. Kelly Miller, huvudförfattare till en artikel om denna upptäckt som publicerats i tidskriften Geochimica et Cosmochimica Acta.

Ursprunget, åldern och utvecklingen av denna atmosfär, som består av ungefär 95 % kväve och 5 % metan, har förbryllat forskare sedan den upptäcktes 1944.

"Närvaron av metan är avgörande för existensen av Titans atmosfär", beskriver Miller. – Metanet avlägsnas genom reaktioner orsakade av solljus och borde ha försvunnet efter cirka 30 miljoner år efter dess bildande (men vet man när den bildades kanske det var i relativ nutid) varefter atmosfären skulle fryst till is. Men det har inte skett på Titan, forskare tror att en intern källa fyller på metan annars skulle atmosfären haft en geologiskt kort livslängd.

Miller var också huvudförfattare till en artikel från 2019 som publicerades i Astrophysical Journal där en teoretisk modell för hur atmosfären kan ha utvecklats och fyllts på under åren beskrevs. Artikeln teoretiserar att stora mängder mycket komplexa organiska material värms upp i Titans steniga inre vilket frigör kväve såväl kolgaser som metan. Gasen sipprar sedan ut på ytan där den bildar en kraftig atmosfär.

Denna teori bekräftas av de senaste experimenten sär man värmde upp organiska material till temperaturer på 250 till 500 grader Celsius vid tryck upp till 10 kilobar för att simulera de inre förhållandena som råder hos  Titan. Experimenten producerade kolgaser som koldioxid och metan i tillräckliga mängder för att hjälpa till att försörja Titans atmosfär.

Artikeln är till stor del baserad på data från NASA:s rymdfarkost Cassini-Huygens, som sköts upp 1997 och utforskade Saturnus-systemet från 2004 till 2017.

NASA planerar att skjuta upp en sond till Saturnus-systemet 2028 med en rymdfarkost som kallas Dragonfly. Den kommer att innehålla en quadcopter som är utformad för att utforska Titan på nära håll och undersöka om miljön på Titan någonsin kan ha varit gynnsamma för liv. Miller arbetar härnäst med ett globalt team av forskare för att studera möjligheten för liv i havet bestående av etan och metan under ytan på Titan.

Ny metod i sökandet efter atmosfär på exoplaneter

 

Bild https://pxhere.com/en/photo/741447 på okänd exoplanet.

En studie utförd av doktorand Qiao Xue vid University of Chicago tillsammans med professor Jacob Beans grupp på samma universitet har visat ett nytt sätt att avgöra om avlägsna exoplaneter har  atmosfär. Den nya tekniken har potential att hjälpa oss att lära mer om mönster i atmosfärer.

Atmosfärer sprider värme runt en planets yta men sänker temperaturen på den varmaste sidan av planeten (som är direkt vänd mot sin sol och tvärtom). Forskarnas hypotes i studien var att om en exoplanets faktiska temperatur inte är så hög som den teoretiskt sett skulle kunna vara kan vi anta att dess atmosfär förhindrar detta.

Problemet var dock tills nu att vi har saknat instrument som är tillräckligt känsliga för att ge tillräckligt exakta avläsningar för dessa temperaturer. James Webb Space Telescope har ändrat på det och erbjuder en ökad kapacitet att se i infrarött vilket gör det möjligt för forskare att registrera planeternas temperaturer genom att mäta intensiteten på den energi de avger.

När exoplaneter passerar framför sin sol skymmer de en del av stjärnans ljus vilket leder till en liten minskning av stjärnans uppmätta ljusstyrka. När planeten befinner sig nästan bakom stjärnan i förhållande till våra visningsenheter kan vi fånga systemets maximala ljusstyrka – det vill säga den oskymda stjärnan i kombination med det jämförelsevis minimala ljuset som sänds ut från planeten.

 När planeten passerar bakom stjärnan i förhållande till vår vy kan vi registrera ljuset som stjärnan sänder ut på egen hand. Genom att subtrahera detta mått på ljus från mätningen av ljuset från stjärnan i kombination med ljuset från planeten kan ljusstyrkan och därmed temperaturen på planeten härledas.

På detta sätt drog Xue slutsatsen att den första planet som hon tillämpade den nya metoden på exoplaneten GJ1132 b (vilken finns 39 ljusår från oss) inte har någon atmosfär – den uppmätta temperaturen på planeten är för nära den beräknade maximala temperaturen för att antyda någon temperaturreglerande komponent på planeten. – Den är därför inte en lämplig kandidat för liv, beskriver hon. 

Den nya metoden är inte det enda sättet att avgöra om en exoplanet har en atmosfär eller inte, men den är ett enklare och mer tillförlitligt sätt att söka efter avlägsna planeter med atmosfärer. Xue beskriver att den är mindre mottaglig för falska negativa och positiva resultat än den tidigare tekniken. "Den tidigare tekniken mäter ljus som filtreras genom planetens atmosfär och är mer utmanande eftersom den kan förväxlas med aktivitet på stjärnan och närvaron av moln", beskriver Bean.

Om forskarna kan förstå vad som ger upphov till atmosfärer på planeter blir det lättare att utesluta obeboeliga planeter i jakten på exoplaneter som upprätthåller liv.

"Den här studien var spännande eftersom jag äntligen fick chansen att arbeta med stenplaneter, som är drömobjektet för varje exoplanetforskare eftersom de har så stor potential för liv", beskriver Xue. "Nu är jag så spänd på att se vad som kommer härnäst."

Studieförfattare utöver Xue vid UChicago var Jacob Bean, Michael Zhang och Edwin Kite, samt medförfattare från Harvard och Smithsonian Center for Astrophysics, Cornell University, University of Arizona och Peking University i Kina.

Att utarbeta en säker spårning efter atmosfärers sammansättning på exoplaneter skulle vara en säker metod att lättare utelämna eller bekräfta en exoplanets möjlighet att hysa liv. Den metoden finns ännu inte. Metoden ovan är en ny metod som måste användas tillsammans med övriga men en enkel och säker egen metod finns ännu inte.

EN ångande värld

 

Bild  https://nouvelles.umontreal.ca/en illustration av exoplaneten GJ 9827 där man hittat en betydande mängd vattenånga i dess atmosfär.

I en kanadensiskt ledd internationell studie har avslöjats nya rön om atmosfären hos GJ 9827 d – en exoplanet som kretsar kring stjärnan GJ 9827 i stjärnbilden Fiskarna, cirka 98 ljusår från jorden. Upptäckten gjordes med hjälp av James Webb Space Telescope.

I studien fann man att planetens atmosfär innehåller en hög koncentration av tyngre molekyler, inklusive en betydande mängd vattenånga vilket fick astronomer att misstänka att det kan vara en "ångvärld".

GJ 9827 d antas inte vara möjlig för liv på grund av sin närhet till sin sol och den höga yttemperaturen (runt 350 grader Celsius) men upptäckten är ett stort steg framåt i sökandet efter livsvänliga miljöer.

Närvaron av en tung, vattenrik atmosfär på en liten planet som GJ 9827 d ger bevis på konceptet att sådana atmosfärer existerar och kan studeras med JWST:s instrument.

– Det här är ett stort steg mot målet att söka efter atmosfärer runt mindre, jordliknande planeter, beskriver Piaulet-Ghorayeb doktorand vid Université de Montréals Trottier Institute for Research on Exoplanets (IREx).

Tidigare i år och med hjälp av data från rymdteleskopet Hubbleteleskopet beskrev IREx-forskare att de hade upptäckt vatten i atmosfären hos GJ 9827 d, vilket gör den till den minsta exoplaneten med en bekräftad atmosfär. Planeten är ungefär dubbelt så stor som jorden. Tillsammans öppnar upptäckten nya vägar för sökandet efter liv bortom vårt solsystem och ökar vår förståelse för hur planeter bildas och dess sammansättning.

Studien, som publiceras i Astrophysical Journal Letters, leddes av Caroline Piaulet-Ghorayeb,  i samarbete med forskare från ett flertal institutioner i världen.

Låg densitet och snedfördelad atmosfär- jo en sådan planet finns därute

 

Bild wikipedia Illustratörs bild av exoplaneten WASP-107b som är en super-Neptunus exoplanet som kretsar kring stjärnan WASP-107, 200 ljusår från jorden i stjärnbilden Jungfrun.

Astronomer från University of Arizona har tillsammans med en internationell grupp forskare med hjälp av Webbteleskopet observerat atmosfären i en het och unikt uppblåst exoplanet. Exoplaneten WASP-107b är lika stor som Jupiter men har endast en tiondel av Jupiters massa. Planeten har en öst-västlig asymmetri i atmosfären vilket innebär att det finns en betydande skillnad mellan väderstrecken och dess atmosfär här.

"Det här är första gången som asymmetri mellan öst och väst på en exoplanet har observerats när den passerar sin sol", beskriver studiens huvudförfattare Matthew Murphy, doktorand vid U of A Steward Observatory.

Öst-västlig asymmetri hos en exoplanets atmosfär visar på skillnader i atmosfärens egenskaper, såsom temperatur eller molnegenskaper och som här observerats mellan planetens östra och västra halvklot. Att avgöra om denna asymmetri existerar eller inte är avgörande för att förstå klimatet, atmosfärsdynamiken och vädermönstren hos exoplaneter.

Exoplaneten WASP-107b är låst till sin stjärna. Det betyder att exoplaneten alltid riktar samma sida mot sin sol den kretsar kring. Den ena halvan av den tidvattenlåsta exoplaneten är ständigt vänd mot sin sol medan den andra  alltid är vänd bort vilket resulterar i en permanent dagsida och en permanent nattsida. James Webb Space Teleskopet kunde separera signalerna från atmosfärens östra och västra sida och få en mer fokuserad syn på specifika processer som sker i exoplanetens atmosfär.

"Dessa ögonblicksbilder berättar mycket om gaserna i atmosfär, moln, atmosfärens struktur, kemin och hur allt förändras när en planet får olika mängder solljus", beskriver Murphy.

Exoplaneten WASP-107b är unik i det att den har en mycket låg densitet och relativt låg gravitation vilket resulterar i en atmosfär som är mer uppblåst än andra exoplaneters med samma massa men som inte alltid vänder samma sida mot sin sol.

– Vi har inget liknande i vårt eget solsystem. Planeten är unik bland de exoplaneter vi upptäckt. beskriver Murphy.

WASP-107b har en yttemperatur på ca 475 Celsius vilket är medeltemperatur mellan de planeter som finns i vårt solsystem och de hetaste exoplaneter vi känner till.

"Traditionellt sett fungerar våra observationstekniker inte lika bra för dessa mellanliggande planeter, så det har funnits många spännande öppna frågor som vi äntligen kan börja besvara", beskriver Murphy. – Till exempel har några av våra modeller visat att en planet som WASP-107b inte borde ha den här asymmetrin alls i sin atmosfär– så vi lär oss något nytt här, beskriver han.

Forskare har sett på exoplaneter i nästan två decennier och observationer från både markteleskop och rymdteleskop har hjälpt astronomer att dra slutsatser om hur exoplaneters atmosfär kan se ut, beskriver Thomas Beatty, medförfattare till studien och biträdande professor i astronomi vid University of Wisconsin-Madison.

"Men det här är faktiskt första gången som vi har sett den här typen av asymmetri i en atmosfär direkt imed hjälp av transmissionsspektroskopi i rymden vilket är det primära sättet på vilket vi förstår vad exoplaneters atmosfärer består av, beskriver Beatty. Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Astronomy.

Min tanke är att asymmetrin beror på att planeten har låst bana (vänder samma sida mot sin sol hela tiden) vilket får dess atmosfär att dras från nattsidan mot dagsidan genom gravitationen från dess sol. Därav  skillnaden öst väst. 

Formaldehyd bidrog en gång i Mars forntid till bildandet av organiskt material

 

Bild https://www.tohoku.ac.jp/en Diagramet ovan visar processerna för hur organiskt material bildades på den tidiga Mars. ©Shungo Koyama.

Formaldehyd förekommer naturligt i de flesta levande djur och växter och är en viktig del av ekologin.

Mars är i vår tid en kall och torr planet. Men det finns geologiska bevis på att flytande vatten fanns på Mars för cirka 3 till 4 miljarder år sedan. Där det finns vatten finns det oftast liv enligt jordiska mått. I sin strävan att svara på frågan om liv funnits på Mars i det förgångna skapade forskare vid Tohoku University en detaljerad modell av den möjliga produktionen av organiskt material i Mars forntida atmosfär.

Organiskt material avser resterna av levande ting som växter och djur eller biprodukter av vissa kemiska reaktioner. Hur som helst ger det stabila kolisotopförhållandet (13C/12C) som finns i organiskt material värdefulla ledtrådar om hur dessa byggstenar i livet ursprungligen bildades vilket ger forskarna en glimt in i det förflutna. Till exempel avslöjade Mars-rovern Curiosity  att organiskt material som finns i sediment från på Mars är ovanligt utarmat vid 13C. Det upptäcktes också att kolisotopförhållandena varierade signifikant mellan proverna. Orsaken till denna variabilitet är ett mysterium.

För att förstå dessa resultat utvecklade en forskargrupp ledd av Shungo Koyama, Tatsuya Yoshida och Naoki Terada vid Tohoku University en modell för Mars troliga atmosfäriska evolution. Modellen fokuserade på formaldehyd (H2CO),vilket   forskargruppen tidigare fastställt skulle kunna producerats i den forntida atmosfären på Mars. Anledningen till detta val är att formaldehyd kan generera komplexa organiska föreningar som sockerarter vilka är viktiga för flertalet levande varelser och växter. Med andra ord kan formaldehyd vara den saknade faktorn som skulle kunna förklara de avvikande värdena hos Curiosity-rovers prover. Det kan också vara ett tecken på tidigare liv på Mars.

Denna upptäckt indikerar att formaldehyd bidrog till bildandet av organiskt material på den forntida Mars, vilket innebär att bioviktiga molekyler som socker och ribos (en komponent i RNA, som finns i alla levande celler) kan ha producerats på planeten.

Mycket fanns ej tecken på och om det en gång blev liv eller om det fanns liv på Mars, den gåtan löstes ej. Mycket tyder på att vatten fanns i stora mängder men enbart vatten skapar inte liv. Så om liv funnits på Mars kanske vi aldrig får ett säkert svar på.

Studiens resultat publicerades i Scientific Reports den 17 september 2024.

Hubbleteleskopet har upptäckt vattenånga i atmosfären på en liten exoplanet

 

GJ 9827d upptäcktes av NASA:s rymdteleskop Kepler under 2017. Planeten fullbordar en omloppsbana runt sin sol,en röd dvärgstjärna (GJ 9827) på 6,2 dag. Stjärnan ligger 97 ljusår från jorden i stjärnbilden Fiskarna

 Astronomer har med hjälp av NASA:s rymdteleskop Hubble nu nyligen observerat GJ 9827d och upptäckte då att exoplaneten har vattenånga i atmosfären. GJ 9827d  är  ungefär dubbelt så stor som Jorden. – Det här är första gången som vi direkt kan visa genom en atmosfärisk detektion att planeter med vattenrik atmosfär finns runt andra stjärnor, beskriver Björn Benneke, medlem i forskarlaget Trottier Institute for Research on Exoplanets vid Université de Montréal.

”Upptäckten av vatten på en så här liten planet är en milstolpe", tillägger Laura Kreidberg, en av forskarna bakom studien vid Max Planck-institutet för astronomi i Heidelberg, Tyskland.

Det är dock fortfarande för tidigt att säga om Hubble spektroskopiskt mätte en liten mängd vattenånga i en uppblåst väterik atmosfär, eller om planetens atmosfär till största delen består av vatten, som lämnats kvar efter att en ursprunglig väte/heliumatmosfär avdunstat genom strålning från sin sol.

Båda resultaten är spännande, oavsett om vattenånga är dominerande eller bara en liten del i en vätedominerad atmosfär, beskrivs i en vetenskaplig artikel av Pierre-Alexis Roy vid Trottier Institute for Research on Exoplanets vid Université de Montréal.

GJ 9827d  är lika het som Venus, över 400 C och skulle det definitivt vara en ogästvänlig ångande värld om atmosfären till övervägande del består av vattenånga.

Hubble-programmet observerade planeten under 11 passager då planeten passerade framför sin sol under tre år. Under passagerna filtrerades stjärnljuset.

– Hubble-upptäckten öppnar dörren för framtida studier av den här typen av planeter med James Webb rymdteleskop. JWST kan se mycket djupare infraröda observationer och upptäcka ex kolbärande molekyler som kolmonoxid, koldioxid och metan. När vi väl har fått en total inventering av en planets grundämnen kan vi jämföra dem med stjärnans den kretsar kring och förstå hur den bildades, beskriver Thomas Greene, astrofysiker vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley.

Bild Exoplanet GJ 9827d (konstnärs koncept) https://hubblesite.org

Kan syre i atmosfären visa på en tekniskt avancerad civilisation

 

I en ny studie publicerad i Nature Astronomy av Adam Frank, Helen F. och Fred H. Gowen Professor of Physics and Astronomy vid University of Rochester författare till The Little Book of Aliens (Harper, 2023) och Amedeo Balbi, docent i astronomi och astrofysik vid University of Roma Tor Vergata, Italien, beskrivs kopplingen mellan atmosfäriskt syre och den potentiella ökningen av avancerad teknik på avlägsna planeter.

I artikeln undersöker vi om en atmosfärs sammansättning är tecken på närvaron av avancerad teknik, beskriver Balbi. Frank och Balbi och hävdar att, utöver behov av andning och metabolism i flercelliga organismer är syre även avgörande för eld. Bruket av eld är ett kännetecken för en teknologisk civilisation. Forskarna fördjupar sig i begreppet "teknosfärer", expansiva områden av avancerad teknologi som avslöjar tecken – kallade "teknosignaturer" – av utomjordisk teknisk kunnig intelligens.

Oavsett om det handlar om matlagning, smide av metaller tillverkning av material för hem eller utnyttjande av energi genom att bränna bränslen, har förbränning varit drivkraften bakom jordiska industrisamhällen.

Genom att se på jordens historia fann forskarna att kontrollerad användning av eld och de efterföljande metallurgiska framstegen endast var möjliga när syrehalten i atmosfären nådde eller översteg 18 procent. Detta innebär att endast planeter med betydande syrekoncentrationer kan utveckla avancerade teknosfärer och lämna detekterbara teknosignaturer. De nivåer av syre som krävs för att biologiskt upprätthålla komplext liv och intelligens är inte lika höga som de nivåer som krävs för teknik, så även om en art kanske kan uppstå i en värld utan syre, kommer den inte att kunna bli en teknologisk art, enligt forskarna.

"Du kanske kan få biologi – du kanske till och med kan få intelligenta varelser – i en värld utan syre", beskriver Frank. Men utan en eldkälla kommer det aldrig att utvecklas högre teknik eftersom högre teknik kräver bränsle och smältning."

Här kommer "oxygen bottleneck" in i bilden, en term som myntades av forskarna för att beskriva den kritiska tröskel som skiljer världar som är kapabla att främja teknologiska civilisationer från de världar där detta inte är möjligt.

"Förekomsten av höga halter av syre i atmosfären är som en flaskhals som du måste ta dig igenom för att få en teknologisk art", säger Frank. "Du kan få allt annat att fungera, men om du inte har syre i atmosfären kommer du inte att ha en teknologisk art. Att rikta in sig på planeter med höga syrehalter bör därför prioriteras eftersom närvaron eller frånvaron av höga syrenivåer i exoplaneters atmosfärer kan vara en viktig ledtråd för att hitta potentiella teknosignaturer", beskriver Frank.

"Att upptäcka intelligent, teknologiskt liv på en annan planet skulle vara enormt", tillägger Balbi. – Därför måste vi vara extremt försiktiga med att tolka eventuella upptäckter. Vår studie tyder på att vi bör vara skeptiska till potentiella teknosignaturer från en planet med otillräckligt syre i atmosfären.

Bild https://www.deviantart.com/

En föränderlig atmosfär på WASP-121 b

 

WASP-121 b är en välstuderad het Jupiterlik planet som kretsar kring en stjärna som finns cirka 880 ljusår från jorden (WASP-121). Dess extrema närhet till sin sol innebär att den är tidvattenlåst [samma sida är vänd mot dess sol hela tiden] och solsidan av planeten är ca 2700 C. Ett internationellt team av astronomer har nu studerat planeten genom att kombinera fyra uppsättningar arkivobservationer av WASP-121 b, alla gjorda med Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC 3). Den kompletta sammanställningen inkluderade observationer av: WASP-121 b då den passerar framför sin sol (i juni 2016); då WASP-121 b passerar bakom sin sol (från vår synvinkel sett) i november 2016); och två faskurvor av WASP-121 b (tagna i mars 2018 respektive februari 2019). 

Astronomer  tog det unika steget att bearbeta varje datauppsättning på samma sätt även om detta tidigare hade bearbetats av ett annat team. Bearbetningen av data var tidskrävande och komplicerat, men värt det eftersom det gjorde det möjligt för teamet att direkt jämföra bearbetad data från varje uppsättning av observationer med varandra.

Forskarlaget fann tydliga bevis för att observationerna av WASP-121 b hade varierat ljus över tid. Med hjälp av sofistikerad modelleringsteknik visades att dessa tidsmässiga variationer kunde förklaras av vädermönster i exoplanetens atmosfär. En av forskarna i teamet, Quentin Changeat, ESA-forskare vid Space Telescope Science Institute, utvecklar det som följande:

– Vårt dataset representerar en betydande mängd observationstid för en enda planet och är för närvarande den enda konsekventa uppsättningen av sådana upprepade observationer. Informationen som vi extraherade ur dessa observationer användes för att karakterisera (härleda kemin, temperaturen och molnen) i atmosfären på WASP-121 b vid olika tidpunkter. Detta gav en utsökt bild av planeten vars sken förändrats över tid.

Efter att ha analyserat varje dataset fann teamet tydliga bevis på att observationerna av WASP-121 b just varierade över tid. Även om instrumentella effekter kan kvarstå, visade data en uppenbar förändring i exoplanetens hot spot och skillnader i spektralsignatur (som betecknar den kemiska sammansättningen av exoplanets atmosfär) som tyder på en föränderlig atmosfär.

Teamet använde sofistikerade beräkningsmodeller för att försöka förstå det observerade beteendet i exoplanetens atmosfär. Modellerna indikerade att  resultat kunde förklaras av kvasiperiodiska vädermönster, särskilt massiva cykloner som upprepat skapas och avstannar som ett resultat av den enorma temperaturskillnaden mellan den solvända sidan av planeten och den mörka sidan av exoplaneten. Resultatet är ett betydande steg framåt när det gäller att potentiellt observera vädermönster på exoplaneter.

Bild vikipedia som visar en konstnärs föreställning av WASP-121b.

Webbteleskopet kikar in i atmosfären på WASP-107b

 

WASP -107b är en gasplanet som befinner sig 200 ljusår ifrån jorden i Jungfruns stjärnbild.

WASP-107b kretsar kring en stjärna något kallare och mindre massiv än vår sol. Dess massa är likartad med Neptunus. Men storleken är mycket större och nästan i Jupiters storlek. Detta gör att WASP-107b är en ganska "fluffig" gasplanet jämfört med gasjättarna i vårt solsystem.

Men det gör det också möjligt för astronomer att se ungefär 50 gånger djupare in i dess atmosfär än det djup som är möjligt att se in i  Jupiters. Teamet av europeiska astronomer drog nytta av exoplanetens anmärkningsvärda fluffighet genom att observera den med Mid-Infrared Instrument (MIRI) på James Webb Space Telescope (JWST).

Denna möjlighet öppnade ett fönster att se djupt in i atmosfären och reda ut dess kemiska sammansättning. Möjligheterna till detta berodde på att spektralegenskaperna är mycket mer framträdande i en mindre tät atmosfär jämfört med en mer kompakt atmosfär. Studien som nyligen publicerats i Nature, beskriver förekomsten av vattenånga, svaveldioxid (SO2) och silikatmoln men däremot inga spår av metan (CH4). Metan finns på flera av vårt solsystems månar och gasplaneter.

Upptäckten ger viktig information om dynamiken och kemin i WASP-107b atmosfär. För det första antyder frånvaron av metan ett  varmt inre vilket ger en inblick i transporten av värmeenergi i planetens atmosfär. För det andra var upptäckten av svaveldioxid en stor överraskning. Tidigare beräkningar hade förutspått dess frånvaro, men nya klimatmodeller av WASP-107b:s atmosfär visar nu att i dess fluffiga gas bildas svaveldioxid. Även om dess ganska svala sol sänder ut en relativt liten mängd av högenergirika fotoner kan dessa nå djupt in i planetens atmosfär på grund av planetens fluffighet. Denna omständighet möjliggör de kemiska reaktioner som krävs för att producera svaveldioxid.

Molnen i atmosfären består av små silikatpartiklar, ett ämne som finns på många platser  då det är den primära beståndsdelen i sand. 

Det europeiska konsortiet som ingick i studien bestod av 46 astronomer från 29 forskningsinstitutioner i 12 länder. MPIA-teamet ( Max Planck institute for astronomy i Tyskland) bestod av Jeroen Bouwman, Paul Mollière, Thomas Henning, Oliver Krause och Silvia Scheithauer.

Bild https://www.mpia.de/ Konstnärligt koncept av exoplaneten WASP-107b och dess sol. © Illustration: LUCA School of Arts, Belgien/ Klaas Verpoest; Vetenskap: Achrène Dyrek (CEA och Université Paris Cité, Frankrike), Michiel Min (SRON, Nederländerna), Leen Decin (KU Leuven, Belgien) / Europeiskt MIRI EXO GTO-team / ESA / NASA

NY upptäckt i Jupiters atmosfär.

 

NASA:s James Webb Space Telescope har upptäckt en tidigare okänd funktion i Jupiters atmosfär. Det är en snabb jetström som sträcker sig 4800 kilometer över Jupiters ekvator ovan de stora molntäckena. Upptäckten av denna jetstråle ger insikter i hur lagren i Jupiters turbulenta atmosfär interagerar och visar hur Webb kan spåra egenskaper som dessa.

Det här är något som överraskade oss totalt, beskriver Ricardo Hueso vid Baskiens universitet i Bilbao, Spanien, huvudförfattare till artikeln som beskriver upptäckten och som nyligen publicerades i Nature Astronomy.

Det som vi alltid har sett som suddigt dis i Jupiters atmosfär framstår nu i skarpa drag som vi nu kan se följer  planetens snabba rotation, tillägger Hueso.

Forskargruppen analyserade data från Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera). Data som insamlats i juli 2022. Även om olika markbaserade teleskop, rymdfarkoster som NASA:s Juno och Cassini och NASA:s rymdteleskop Hubble har observerat Jupiter-systemets förändrade vädermönster har Webbteleskopet tillhandahållit nya upptäckter om Jupiters ringar, månar och atmosfär, noterade  Imke de Pater vid University of California, Berkeley.

Jupiter skiljer sig från jorden på många sätt då Jupiter är en gasjätte och jorden är en stenig tempererad värld men båda planeterna har skiktad atmosfär. Våglängder av infrarött ljus, synligt ljus, radio- och ultraviolett ljus som man observerat Jupiter med under tidigare uppdrag har visat att det i lägre, djupare lager av planetens atmosfär finns stormar och ammoniakismoln.

Den nyupptäckta jetströmmen färdas i en hastighet av cirka 515 kilometer i timmen vilket är dubbelt så snabbt som en kategori 5-orkan här på jorden. Jetströmmen finns cirka 40 kilometer ovanför molnen i Jupiters lägre stratosfär.

Forskarna ska göra ytterligare observationer av Jupiter med Webbteleskopet  för att avgöra om jetströmmens hastighet och höjd förändras över tid.

Medverkande i studien var Ricardo Hueso (Hueso) (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatoriet i Paris), Leigh Fletcher (University of Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley)

Bild vikipedia på Jupiter tagen 1979 från Voyager 1. Bilden har förbättrats för att framhäva detaljer.

Metan och koldioxid i atmosfären i K2-18 b. Kan innebära liv på planeten.

 

K2-18b är en exoplanet som kretsar kring den röda dvärgstjärnan K2-18 på 124 ljusårs avstånd från Jorden. Planeten är 8,6 gånger mer massiv än jorden.

NASA: s James Webb Space Telescope hittade intressanta molekyler i  K2-18 b:s atmosfär. Upptäckten av kolbärande molekyler som metan och koldioxid. Webbs upptäckt läggs till de senaste studierna som tyder på att K2-18 b kan vara en Hyceanplanet. På en hyceanplanet finns väte i atmosfären och hav bestående av vatten på ytan.. 

Den första insikten i de atmosfäriska egenskaperna hos denna exoplanet som finns i den beboeliga zonen runt sin sol kom från observationer med NASA: s  Hubbleteleskop.

K2-18 b finns  i riktning mot stjärnbilden Lejonet. Exoplaneter som K2-18 b med storlek mellan jorden och Neptunus finns inte i vårt solsystem (men är en vanlig planettyp i andra solsystem). Denna brist på motsvarande närliggande planeter innebär att dessa "sub-Neptunus" är dåligt förstådda och arten av deras atmosfärer är en fråga som debatteras bland astronomer. Överflödet av metan och koldioxid och bristen på ammoniak stöder hypotesen att det kan finnas ett hav av flyttande vatten under den väterika atmosfären på K2-18 b.

Webb-observationerna gav också en trolig detektion av en molekyl som kallas dimetylsulfid (DMS). På jorden uppstår denna bara från liv. Men då K2-18 b ligger i den beboeliga zonen och nu visat sig innehålla  kolbärande molekyler, betyder inte det nödvändigtvis att planeten har livsformer. Planetens storlek - med en radie 2, 6 gånger större än jorden innebär att planetens inre sannolikt innehåller en stor mantel bestående av is under hårt tryck likt på Neptunus. Men på K2-18 b med en tunnare väterik atmosfär och en havsyta. Men havet kan vara för varmt för att hysa livsformer och är kanske inte i  flytande form.

Även om denna typ av planet inte existerar i vårt solsystem, är sub-Neptunusplaneter den vanligaste typen av planet som  är kända i vår galax, beskriver teammedlem Subhajit Sarkar vid Cardiff University. Teamets resultat har godkänts för publicering i The Astrophysical Journal Letters.

Bild en illustratörs tolkning av K2-18b (blå) kretsande runt sin sol den röda dvärgstjärnan K2-18. På bilden ses  ytterligare en exoplaneten runt solen K2-18c.

Termometermolekyl" bekräftad på exoplaneten WASP-31b

 

WASP-31b är en så kallad "het Jupiter" med låg densitet som kretsar kring den metallfattiga dvärgstjärnan WASP-31. Exoplaneten upptäcktes 2010 och den ligger i stjärnbilden Kratern ungefär 1305 ljusår från oss.

Kromhydrid (CrH) är en molekyl som är relativt sällsynt och känslig för temperatur. Just därför är den användbar som "termometer av stjärnor", enligt astronomen Laura Flagg vid Cornell university eftersom den bara är riklig i ett smalt intervall det mellan 900-1700 celcius.

Flagg är forskningsassistent i astronomi vid College of Arts and Sciences (A &S), och har använt denna och andra metallhydrider för att bestämma temperaturen hos mindre heta stjärnor och bruna dvärgar. I teorin, beskriver hon, kan kromhydrid vara temperaturvisare i heta Jupiter-exoplaneter vilka är jämförbara i temperatur med bruna dvärgar - om dessa speciella molekyler finns i dessas atmosfärer.

Nu har Flagg och ett team av forskare vid Cornell university med hjälp av högupplösta spektralobservationer, bekräftat  närvaron av kromhydrid i en exoplanetatmosfär den hos  WASP-31b.

Kromhydrid har inte tidigare upptäckts i någon exoplanets atmosfär så detta fynd är  första upptäckten av en metallhydrid i ett högupplöst exoplanetspektrum, beskriver forskarna.

Den definitiva upptäckten av metallhydrider i WASP-31b är ett viktigt framsteg i förståelsen av heta jätteplanetatmosfärer, beskriver Flagg, även om upptäckten inte ger ny information om den enskilda planeten.

"Kromhydridmolekyler är mycket temperaturkänsliga", skriver Flagg i studien. Vid varmare temperaturer ses bara krom. Och vid lägre temperaturer blir det andra saker som ses. Så det finns bara ett specifikt temperaturområde, av cirka 900-1700 celcius, där kromhydrid finns i överflöd.

I vårt solsystem är den enda upptäckten av denna molekyl i solfläckar, skriver Flagg.

I sin forskning använder Flagg högupplöst spektroskopi för att upptäcka och analysera exoplanetatmosfärer och jämföra det totala ljuset från system när planeten är vid sidan av sin stjärna, mot när planeten är framför sin stjärna och blockerar en del av stjärnans ljus. Vissa element blockerar mer ljus vid vissa våglängder och mindre ljus vid andra våglängder något som avslöjar vilka element som finns på planeten.

"Hög spektral upplösning innebär att vi har mycket exakt våglängdsinformation", skriver Flagg. "Vi kan få tusentals olika linjer. Vi kombinerar dem med olika statistiska metoder, med hjälp av en mall som visar en ungefärlig uppfattning om hur spektrumet ser ut – och vi jämför det med insamlad data och matchar det. Om det matchar bra finns det en signal. I det här fallet gav kromhydridspektra en signal.

Krom är sällsynt, även vid rätt temperatur så forskare behöver känsliga instrument och teleskop, beskriver Flagg.

För att analysera WASP-31b använde forskarna högupplöst spektra från en  observation i mars 2022 som en del av kartläggningen från Exoplanets with Gemini Spectroscopy från Hawaiis Maunakea, med hjälp av Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph (GRACES).

Flagg är huvudförfattare till "ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere at High Spectral Resolution", publicerad 16 augusti i ApJ Letters. Medförfattare inkluderar: Ray Jayawardhana, Hans A. Bethe professor och professor i astronomi (A &S); Jake D. Turner, Hubble-forskare vid Cornell Center for Astrophysics &; Planetary Science; Ryan J. MacDonald, tidigare forskningsassistent vid Carl Sagan Institute och nu NASA Sagan Fellow vid University of Michigan; och Adam Langeveld, postdoktoral forskare i astronomi (A&S). Flagg, Turner och Langeveld ingår i Jayawardhanas forskargrupp.

Bild vikipedia Hot Jupiter, exoplanet WASP-31b som en konstnär ser denna planet. WASP-31b ligger i stjärnbilden Kratern ungefär 1305 ljusår från jorden.