Formen hos brännheta exoplaneters atmosfärer

 

Bild https://www.bristol.ac.uk  WASP-17b passerar framför sin sol Wasp-17 (som finns 1310 ljus år bort i riktning mot stjärnbilden skorpionen)  här avslöjas formen på dess absorberande atmosfär genom JWST-observationer (James Webb teleskopet) . Den heta, utsträckta röda sidan är gas som utvidgas från den permanent bestrålade dagsidan (värme utvidgar) , över planetens kvällskant kan ses och den kallare blå sidan som är mindre utsträckt eftersom gasen är svalare här över planetens nattsida då den transporteras över morgonkanten. OBS planeten är tidvattenlåst innebärande att den alltid vänder samma sida mot sin sol. Likt vår måne gör. Bildkredit: Engine House och Hannah Wakeford

Studien presenterar den första tillämpningen av en banbrytande metod kallad 'transmissionssträngar' utvecklad i Bristol av astrofysikerna Dr David Grant och Dr Hannah Wakeford, vilka för första gången avslöjar en exoplanets ojämna atmosfärs konturer med hjälp av James Webbtelekopet.

Dess forskningsresultat är publicerat i tidskriften Nature Astronomy 

 I studien  visas att atmosfären är cirkulär men också asymmetrisk med en sida mer  utsträckt. Sådana dimensioner visar hur intensiv värme och piskande vindar påverkar atmosfären på exoplaneten WASP-17b (en het Jupiter), som kretsar runt en stjärna cirka 1 300 ljusår från jorden.

Huvudförfattaren till studien Dr Lili Alderson, postdoktoral forskare vid Klarman vid Cornell University, påbörjade den extraplanetära undersökningen vid University of Bristol, där hon tog sin doktorsexamen i fysik med hjälp av Webbteleskopet. Dr Alderson beskriver: "Detta är bevis på konceptet att planeter faktiskt är tredimensionella objekt, och att det vi förutspår borde hända konsekvent på planeter som har sin bana runt en stjärna. Att få  beräkningsövningar bekräftade på riktigt är dock en annan sak."

Fyndet om WASP-17b:s atmosfäriska kemiska sammansättning (mest väte och helium) och temperatursskillnad från ekvator till poler och mellan permanent dag- och nattsida  är förenliga med teoretiska förutsägelser och andra datormodelleringstekniker. Tillsammans skapar de en av de mest omfattande 3D-vyerna av en exoplanets atmosfär och utgör en viktig jämförelse med de mer än 6 000 andra exoplaneter som hittills bekräftats.

Medförfattaren Dr Hannah Wakeford, docent i astrofysik vid University of Bristol beskriver: "Planeters atmosfärer  är kaotiska komplexa och kaotiska. Då  all data samlats in visades en strukturerad, dynamiska bild av denna gigantiska värld över 1 000 ljusår bort som var bara väldigt spännande."

En oväntat kall avlägsen jätteplanet som innehåller ammoniak har hittats därute.

Bild https://cmns.umd.edu  En konstnärs koncept av en gasjätteplanet som kretsar runt en röd dvärgstjärna. Källa: NASA, ESA och G. Bacon (STScI)

Med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) identifierade ett team astronomer under ledning från University of Maryland vatten, metan och ammoniak i atmosfären på HATS-6 b, en gigantisk planet 500 ljusår från jorden. Observationerna visade även att HATS-6 b kan vara betydligt svalare än väntat jämfört med standardberäkningar av dess temperatur i förhållande till storlek och avstånd till sin sol vilket tyder på att planetens relation till sin stjärna kan vara mycket mer komplicerad än man tidigare beräknat planeter av detta slag har till sin sol.

HATS-6 b är ungefär lika stor som Jupiter och gör en omloppsbana var tredje dag runt sin stjärna av Spektraltyp M-dvärg  en liten,sval, rödaktig stjärna. Planeter byggs av den kvarvarande skivan av gas och damm som omger stjärnor efter en stjärnas bildande. En mindre stjärna som denna lämnar bara efter sig små skivor av gas och damm. Men HATS-6 b:s gigantiska storlek passar inte riktigt in i den regeln, med tanke på hur liten stjärnan är den  kretsar kring och planetens storlek.

"Dessa mindre stjärnor har inte tillräckligt med material eller tid för att skapa planeter lika stora som Jupiter eller Saturnus," förklarade studiens huvudförfattare Giannina Guzmán Caloca, doktorand i astronomi vid UMD (university of Maryland). "Så, det faktum att HATS-6 b kan existera är verkligen intressant eftersom det inte borde vara möjligt enligt vår kunskap om stjärnstorlek och planetbildning."

Astronomer känner bara till omkring 40 sådana planeter. HATS-6 b är en av sju som studeras i ett JWST-program kallat Giant Exoplanets aroundM-dwarf Stars (GEMS). 

Programmet är utformat för att jämföra dessa avvikare med de bättre förstådda jättar som kretsar kring stjärnor som vår sol och än större stjärnor.

"Var och en av dessa planeter är en utmaning för bildningsteorin," beskriver Guzmán Caloca. "Genom att mäta vad deras atmosfärer består av kan vi börja fråga oss om de byggdes upp  på samma sätt som de heta Jupiters runt solliknande stjärnor eller om något annat pågick."

Med hjälp av en teknik som kallas transmissionsspektroskopi, där undersöker stjärnljus som filtreras genom en planets atmosfär, identifierade teamet fyra molekyler i HATS-6 b:s atmosfär. Vatten, metan, ammoniak och koldioxid. Upptäckten är andra gången tekniken upptäckte ammoniak på en avlägsen värld.

"Kol, väte och syre har tidigare hittats i atmosfärerna på jätteplaneter utanför vårt solsystem, men ammoniak är något som nästan aldrig upptäckts tidigare," förklarade Guzmán Caloca. "Det är en helt ny molekyl att fundera över."

Eftersom kvävebärande molekyler som ammoniak borde vara mer förekommande i svalare jätteplaneter än i brännande heta Jupiter-liknande planeter, stöder upptäckten teorin att planeter som kretsar kring M-dvärgstjärnor kan vara en kemiskt avgränsad population.

HATS-6 b:s oväntade temperatur väcker en annan stor fråga. Den ofta citerade temperaturen för HATS-6 b  ca 425 Celcius är inte en exakt mätning utan en beräkning utifrån antagandet att planeten absorberar allt ljus dess sol ger och fördelar värmen jämnt. Forskarnas tidigare analyser gav temperaturer närmare 120 grader Celcius en siffra som är fysiskt osannolik för en planet som kretsar runt sin stjärna var tredje dag. Ammoniak i moln kan dock vara förklaringen till en avkylande effekt enligt mig och kan bekräftas här.

"Om planeten verkligen är så sval betyder det att något troligen reflekterar mycket stjärnljus tillbaka ut i rymden innan det hinner värma upp planeten," förklarade Guzmán Caloca. "Den troligaste förklaringen då är att moln och dis omsluter planeten på samma sätt som moln omsluter Venus."

Lagets resultat har konsekvenser inte bara för HATS-6 b. Eftersom en planets temperatur är inräknad i varje beräkning av vad dess atmosfär innehåller väcker en så stor avvikelse frågor om hur pålitligt astronomer kan läsa atmosfärerna hos planeter som kretsar kring små, aktiva stjärnor.

För Guzmán Caloca och hennes team återstår många mysterier. Observationer med längre våglängder skulle kunna identifiera andra oförklarliga signaler och testa om moln förklarar en planets oväntat låga temperatur. Astronomer har hittat mer än 6 000 planeter bortom vårt solsystem, och många av dem liknar inte alls de närmast jorden. Att läsa deras atmosfärer och vad de består av, hur de bildades, vilka som liknar Jupiter och vilka som inte liknar något alls vi känner till kan hjälpa forskare att avgöra om andra solsystem skapades genom bildningsmekanismer likt planeterna i vårt solsystem eller inte.

"Vad är vår kontext? Och hur sällsynta eller hur vanliga är vi?" undrar Guzmán Calo. "Det här är en planet av tusentals, men så som jag  tänker på det är  jorden också är en planet av tusentals och ändå rymmer den allt som någonsin har levt här."

Studien, "GEMS JWST: Hold on to your HATS(-6 b), a sub-solar metallicitus giant planet with water, metan and ammoniae in its atmosphere," publicerades i Astronomical Journal den 8 september 2026. 

En atmosfärisk våg med form som en dekagon omger Saturnus sydpol

 

Bildhttps://geometriskafigurer.se/  En dekagon är en tiohörning som den på bilden.

Nya observationer med NASAs Hubble-rymdteleskop har avslöjat en gigantisk, utvecklande, tiosidig atmosfärisk våg som omger Saturnus sydpol med formen som en dekagon. Denna upptäckt markerar första gången ett stort, regelbundet atmosfäriskt mönster har observerats på planetens södra halvklot. Formationen liknar anmärkningsvärt Saturnus berömda hexagon (sexhörning) vid dess norra pol, men är tydligt annorlunda vilket tyder på att forskare  bevittnar ett nytt atmosfäriskt fenomen under utveckling på gasjätten.

"Vi har aldrig sett något liknande på Saturnus södra halvklot," beskriver Amy Simon, studiens medförfattare och OPAL:s huvudforskare vid NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Den norra hexagonen har funnits där under mer än 40 år. Den södra är annorlunda den verkar stärkas vilket ger oss den sällsynta möjligheten att se ett gigantiskt atmosfäriskt mönster utvecklas."

Upptäckten var möjlig eftersom Saturnus årstider gradvis gjorde att  planetens sydpolkom i sikte från jorden där astronomer som gemensamt analyserar bilder av Saturnus från markbaserade observatorier först identifierade den. Ett Saturnusår är cirka 29,4 jordår. Varje årstid på Saturnus varar i nästan sju jordår.

Agustín Sánchez-Lavega, huvudförfattare till den nya studien (se nedan) är forskare vid Baskiens universitet i Spanien. På universitetet drivs en webbplats, kallad Planetary Virtual Observatory Laboratory som tar emot markbaserade bilder av solsystemets planeter som tillhandahållits av observatörer från hela världen. Astromerna Trevor Barry och Jean-Paul Oger var de som först lade märke till ett subtilt böljande band längs den södra polen på Saturnus. Ytterligare bilder från 2025 tagna från marken antydde ännu starkare dekagonstrukturen.

Det är då Hubble-observationerna kom in i bilden. Hubbles vy från rymden erbjuder oöverträffad bildskärpa och rumslig upplösning över Saturnus fulla rotationer.

"Med tanke på Saturnus symmetri i dess nord-sydliga jetströmssystem har vi sedan 1990 letat efter en motsvarighet till Saturnus norra hexagon på sydpolen i Hubble-bilder," beskriver Sánchez-Lavega.

 "Bilder från NASAs Cassini-farkost, som kretsade kring Saturnus mellan 2004 och 2017 visade inga tecken på en långlivad formation. Hubble-data bekräftade funktionens närvaro tillbaka till 2023." Vågen sitter inom en av Saturnus kraftfulla jetströmmar och sträcker sig genom flera lager av atmosfären vilket indikerar att det inte bara är en molnnivåstruktur utan en vertikalt utsträckt atmosfärisk struktur. Dekagonens uppenbara position förskjuts något, eftersom Hubble fångar bilder i olika våglängder.

"Det mest fascinerande för mig är att den verkar ha bildats nyligen," beskriver Simon. "Frågan är, varför de bildats nu?"

Författarna säger att ytterligare studier behövs med  Hubbleteleskopet och NASAs James Webb Space Telescope, samt analys av datormodeller för att förstå hur dekagonen bildades, hur länge den kan finnas kvar och hur den kan jämföras med den långlivade hexagonen i norr.

Resultaten publicerades på onsdagen i tidskriften Science Advances och kan läsas här. 

Lavavärldar kan ha atmosfär fast de har en närliggande bana runt sin sol

 

Bild https://news.stanford.edu  Ett konstnärligt koncept som visar hur en tjock atmosfär ovanför ett enormt magmahav på exoplaneten TOI-561 b skulle kunna se ut. | NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford [STScI]

Baserat på datamodellering av planetatmosfärer och inre miljöer visas att lavavärldar kan upprätthålla tjocka gasformiga inkapslingar under ytan av gas i miljarder år tack vare den smälta sten som skvalpar över ytan. Lavan bromsar utsläppet av gaser från planetens insida till atmosfären och balanserar förlusten av atmosfär på grund av dess sols strålning.

Resultaten utvidgar ramverket för det avstånd av hur nära stenplaneter kan vara stjärnor och  behålla sina atmosfärer. Precis som jordens stränder utgör gränsen mellan land och vatten, representerar den  gränsen mellan att ha en atmosfär och att inte ha någon. Vissa lavavärldar finns mycket närmare sina stjärnor än den  tänkta gränsen och har likväl atmosfär, detta utmanar teorin.

"Dessa lavavärldar visar att något är fel med den teoretiska gränsen. Men nu har vi hittat ett sätt för lavavärldar att bevara sina atmosfärer genom att föreslå en ny teori," beskriver huvudförfattaren Barron Nguyen, doktorand i Laura Schaefers laboratorium vid Stanford Doerr School of Sustainability.

Namnet som föreslagits av Stanfordforskare och deras samarbetspartners för detta nya område är "cosmic-sandbar", analogt med de sandiga ryggar som bildas som sandrev i jordens hav.. Planeter mellan den ovan nämnda gränsen och cosmic-sandbar ligger tillräckligt nära sin stjärna för att  atmosfär ska kunna avlägsnas men svalnar för snabbt efter bildandet för att fylla på atmosfären. Forskarna kallar denna region för "den luftlösa dalen."

"Var gränsen vid linjen går mellan luftlösa världar och de som kan upprätthålla en atmosfär har varit en öppen fråga inom vetenskapen," beskriver Schaefer, studiens Senior author and an assistant professor of Earth and planetary sciences in the Doerr School of Sustainability. "Den nya modellen utökar vår förståelse av denna gräns och de faktorer som påverkar var den ligger för specifika stjärnor och planeter." 

Begreppet cosmic-sandbar har under det senaste decenniet uppstått som en lovande metod för att identifiera potentiellt gästvänliga världar för uppföljande observation. Men forskare har nyligen börjat ifrågasätta den på grund av planeter som 55 Cancri e, en "superjord" nästan åtta gånger större än jordens massa som kretsar ungefär 20 gånger närmare sin stjärna än Merkurius gör vår sol. År 2024 avslöjade James Webb Space Telescope att 55 Cancri e har en häpnadsväckande tjock atmosfär. Och under de senaste månaderna har en mängd nya observationer visat en växande lista av liknande lavavärldar med tjocka atmosfärer.

För att förklara dessa motstridiga planeter satte Nguyen och kollegor ihop en modell som simulerar gasutbytet mellan en atmosfär och en smält lavayta, samtidigt som de tar hänsyn till gasens utsläpp från atmosfären ut i rymden samt för avkylning och slutlig stelning av lavan. De inkluderade sedan de atmosfärsbevarande lavavärldarna i modellen, tillsammans med andra kända exoplaneter och solsystemvärldar för jämförelse. Modellen visade att atmosfärer främst kan regleras antingen genom att gas släpps ut i rymden eller genom att gas släpps ut i luften (känt som "utgasning"). Den cosmic-sandbar omfattar de heta, närliggande världar där utgasning balanserar flykten.

Planeterna i detta område, likt 55 Cancri e, är generellt tunga superjordar med ytor täckta av lava. Planeter som ligger något längre från sina stjärnor som Merkurius runt vår sol, tenderar att kylas ner och stelna snabbare vilket fångar  gasen under ytan. Oförmögna att fylla på sina minskande atmosfärer blir dessa planeter utan atmosfär. Endast på tillräckligt avstånd från sina stjärnor det vill säga på den cosmic-sandbar kan mindre, kallare planeter som Venus och jorden undvika att deras atmosfärer bränns bort av stjärnstrålning.

Forskarna på Stanford ser fram emot att se hur framtida exoplanetära undersökningar kommer att utveckla och bygga vidare på teorin.

"En viktig slutsats från vår studie publicerad i TheAstrophysical Journal Letters  är att den kcosmic-sandbar inte är en förlorad sak," beskriver Nguyen. "Det har funnits viss pessimism kring det på grund av dessa lavavärldar. Men nu vet vi att det finns en bredare uppsättning parametrar som kan göra det möjligt för en planet att generera och upprätthålla en atmosfär."

I stora planeters ultravioletta sken i atmosfären kan mörk materia anas.

 

Bild wikipedia Storleksjämförelse mellan jorden och Jupiter.

Ett forskarteam under ledning av Carlos Blanco vid Princeton University undersökte om de enorma gravitationsbrunnarna på de yttre planeterna kunde fånga mörka materiepartiklar som driver omkring i Vintergatan. När dessa partiklar väl är instängda kan de annihilera (sker då en subatomär partikel kolliderar med sin antipartikel och förintas och den totala energin då frigörs då den massekvivalenta energin plus partiklarnas rörelseenergi omvandlas direkt till elektromagnetisk strålning frigörs energi som exciterar vätemolekyler i den omgivande atmosfären och då ger ett svagt sken i ultraviolett område).

Den föreslagna mekanismen skiljer sig från tidigare arbete av Blanco och Rebecca Leane vid SLAC National Accelerator Laboratory, som fokuserade på infraröda signaturer kopplade till den jonhärledda molekylen H₃⁺. Ultraviolett luftglöd, däremot är  en planetomfattande markör som kan sökas efter hos alla gasjättars atmosfär. När mörkmaterieannihilation ger energirika elektroner kan dessa partiklar tillföra molekylärt väte, vilket får processen att avge ultravioletta fotoner. Forskarna började med att avgöra om eventuell överskottsljusstyrka utöver det naturligt förekommande skenet kunde bero på sådana partikelinteraktioner. För att isolera denna potentiella signal vände sig teamet till arkivdata från Voyager 1, Voyager 2 och New Horizons förbiflygningar av Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus.

Genom att jämföra teoretiska emissionsmodeller med de observerade ultravioletta spektrainsamlandet härledde de övre gränser för styrkan i mörk-materia–interaktioner vilket fastställde några av de strängaste begränsningarna för denna detektionsstrategi. Underjordiska detektorer på jorden är designade för att fånga sällsynta partikelkollisioner. Men vissa mörkmateriakandidater förlorar för mycket energi genom att färdas genom berg för att nå  instrumenten. I kontrast skapar de enorma vätehöljena och djupa gravitationspotentialerna hos gasjättar en distinkt miljö där dessa partiklar kan samlas och visa sig. Jupiters massiva och heta atmosfär kan fånga ett annat spektrum av partiklar än de kallare, mindre massiva isjättarna Uranus och Neptunus, vilket gör det möjligt för forskare att testa ett bredare spektrum av teoretiska scenarier.

Studien belyser också osäkerheter kring hur länge fångade partiklar förblir bundna inom en planet och hur intern temperatur påverkar den slutliga ultravioletta utströmningen. Även om ingen definitiv mörk materiesignatur har framkommit ännu från ultravioletta mätningar visar de nyetablerade gränserna att planetatmosfärer kan komplettera jordiska experiment i den globala strävan att nysta upp kosmos osynliga uppbyggnad.

En artikel om studien kan läsas här i PhysicalReview Letters  

Beta Pictoris b:s atmosfärs ursprung blev svår att fastställa.

 

Bild wikipedia Beta Pictoris b

Det unga och utvecklande planetsystemet vid den 23 miljoner år gamla stjärnan Beta Pictoris (Beta Pic) anses finnas i en  circumstellär dammskiva där minst tre stora gasplaneter finns. 2008 upptäcktes Beta Pic b den mest massiva av dessa gasplaneter med en massa av cirka 11 Jupiter-massor. Den kretsar runt sin sol Beta Pictoris i vid bana och som tar cirka 23 år per varv.

Astronomer från Max Planck-institutet (MPIA) i Heidelberg, Tyskland, Observatoire de la Côte d'Azur (OCA), Nice, Frankrike med flera observerade Beta Pic b för att försöka förstå  planetens ursprung och potentiellt atmosfäriska variationer med det nyligen uppgraderade GRAVITY+-instrumentet. Instrumentet är monterat på Very Large Telescope Interferometer (VLTI) och drivs av European Southern Observatory (ESO) i Chile. MPIA doktorand Antonia von Stauffenberg är huvudförfattare till studien som beskriver arbetet som publicerades som brev i tidskriften Astronomy & Astrophysics. 

Teamet tillämpade en metod som föreslogs för några år sedan som innebär att identifiera en planets tillkomstplats inuti en planetbildande skiva. Genom att mäta den relativa mängdkvoten mellan två olika versioner av kol (C) som är låst inne i kolmonoxidgas (CO) i Beta Pic b:s atmosfär bör det vara möjligt att dra slutsatser om planeten bildades utanför eller inuti ett område av dammskivan där kolmonoxid fanns som is. Med tanke på bestrålningen från solen som värmer skivan i dess centrum skulle detta direkt översättas till avståndet till dess sol från där planeten bildades. Den radie där temperaturen är tillräckligt låg för att omvandla gas till is kallas vanligtvis snölinjen.

Den tekniska termen för de olika formerna av ett grundämne såsom kol, är isotop. Isotoper uppvisar samma antal positivt laddade protoner i atomkärnan, men skiljer sig åt i antalet neutrala neutroner, som i de två kolisotoperna 12C och 13C. Som en följd har de något olika massor men uppvisar liknande kemiska egenskaper. I rymden hittas kol ofta i samband med syre och bildas till 12CO och 13CO-molekyler.

I ett tidigare försök att bedöma den diagnostiska kvoten mellan 12CO och de något tyngre 13CO använde MPIA-forskaren Matthieu Ravet det ursprungliga GRAVITY-instrumentet före dess uppgradering, vilket då gav en relativt låg kvot. Författarna till studien beskriver att de misstänkte att GRAVITY kan ha varit otillräcklig för att korrekt lösa nyckelsignalerna i denna datamängd och rekommenderade försiktighet vid tolkning av resultaten. Enligt resonemanget i det ovan nämnda scenariot, tyder detta påtryckande på att Beta Pic b kan ha vuxit till i den yttre skivan bortom snölinjen genom att samla CO-is snarare än CO-gas.

Men vid ett avstånd på cirka 10 au (astronomisk enhet = medelavståndet mellan solen och jorden; 1 au = 149,6 miljoner km) från värdstjärnan, cirklar Beta Pic b för närvarande tydligt mellan stjärnan och snölinjen, där CO borde ha funnits främst som gas. Om resultatet är korrekt skulle detta fynd indikera att Beta Pic b kan ha migrerat genom skivan.

Med hjälp av GRAVITY+ härledde von Stauffenberg och hennes medarbetare genom uppgraderingen av GRAVITY-instrumentet  mer exakt 12CO/13CO-skillnadskvoten i atmosfären på Beta Pic b, vilket blevbetydligt högre än det tidigare uppmätta värdet. Medan 12CO detekteras tydligt och dess innehåll var enkelt att fastställa medan mätbart 13CO kräver en mer sofistikerad metod. Intressant nog är kvoten förenlig med värdet som rapporterades i följeslagarartikeln av González Picos et al. (2026), som använde ett annat instrument. Detta visar den förbättrade datakvalitet som GRAVITY+ levererar jämfört med sin ursprungliga design. Det tidigare GRAVITY-resultatet påverkades tydligt av systematiska osäkerheter.

Dessutom fann astronomerna subtila ledtrådar om att de observerade nivåerna av flöde från planeten varierar över tid. Trots sin låga betydelse verkar de dominerande variationerna vara kopplade till planetens rotationsperiod på cirka 8,7 timmar. Om det stämmer kan detta antyda moln eller kemiska processer i Beta Pic b:s atmosfär. Dock krävs mer känsliga observationer för att bekräfta resultatet.

Antonia von Stauffenberg beskriver: "Förmågan att noggrant begränsa både isotopologer (molekyler med samma kemiska formel och bindningsstruktur, men som skiljer sig åt genom att minst en av atomerna har ett annat antal neutroner) och potentiell rotationsvariabilitet med markbaserade observationer av en konstaterad planet som Beta Pictoris b visar den exceptionell datakvalitet som uppnåtts med det uppdaterade GRAVITY+-instrumentet."

I det föreslagna förslaget att återta en gasjättes tillblivekseplats är det nya, mer precisa 12CO/13CO:s abundanskvot förskjuter tydligt Beta Pic b till det varmare, inre området av den plats av skivan där planeten bildades, vilket stämmer överens med planetens nuvarande position. Dessutom stämmer förhållandet i stort sett överens med värden som ofta finns i solsystemet och det interstellära mediet (ISM), som genomsyrar rummet mellan stjärnorna i Vintergatan.

12CO/13CO-kvoten är för närvarande inte tillräckligt avgörande för att säga något specifikt säkert om alla enskilda planetbildande miljöer.

Det är mycket sannolikt att astronomer missar någon avgörande fysik som styr CO-isens kemi i planetbildande skivor. Således gäller 12CO/13CO-kvoten kanske inte så mycket om skillnaderna mellan de mildare gasmiljöerna och den kalla CO-isfyllda miljön.

En iskall exoplanet med saltmoln i atmosfären.

 

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. 

Den heta gasplaneten WASP-121 b har en atmosfär på morgonsidan en på kvällssidan

 

Bild wikipedia Konstnärs föreställning av exoplanet WASP-121b som finns 850 ljusår från jorden i stjärnbilden Akterskeppet. Planeten är en  het Jupiterlik planet med en temperatur på 2500°C. Vatten har upptäckts i stratosfären på planeten vilket gör WASP-121b den första exoplaneten som upptäckts ha vatten i sin stratosfär. I atmosfären finns även oxider av titan och vanadin samt vätesulfidföreningen sulfanyl.

Astronomer har även avslöjat tydliga skillnader i atmosfäriska förhållanden mellan morgon- och kvällsövergångszonerna på den ultraheta gasplaneten WASP-121 b som skiljer dags från natts, atmosfär vanligtvis kallade terminatorer (den gränslinje (skymningszon) som skiljer den upplysta dagsidan från den mörka nattsidan på en planet eller måne. Inom astronomi och meteorologi används denna dynamiska zon för att förstå atmosfärens sammansättning och temperatur). Denna upptäckt var möjlig tack vare James Webb Space Telescopes (JWST) oöverträffade känslighet. 

Under ledning av Cyril Gapp, doktorand vid Max Planck-institutet för astronomi (MPIA) i Heidelberg, Tyskland, upptäckte ett forskarteam detta fenomen, som tidigare hade förutspåtts i teoretiska beräkningar. Upptäckten motsvarar en asymmetri i absorptionen av infrarött ljus som tas emot från värdstjärnan (planetens sol), vilket delvis filtreras genom planetens atmosfär under dess passage. Forskarna tolkar detta som ett resultat av icke-uniforma temperaturer och kemiska sammansättningar i exoplanetens atmosfär. Insamlad data visar att kvällsterminatorn absorberar mer ljus än morgonsidan, vilket stämmer överens med den allmänt accepterade bilden av kraftiga vindar som transporterar intensiv värme från dag till nattsidan. Varma vindar följer planetens rotation österut vilket värmer upp kvällszonen. Med stigande temperaturer är detta område oundvikligt att expandera vilket ökar planetens tvärsnitt och gör det möjligt för den att absorbera solstrålning mer effektivt.

Förutom en allmän liten minskning av ljusstyrkan mot slutet av passagen visar data som erhållits med JWST:s NIRSpec (Near-infrared spectrograph)-instrument också en ökning av kolmonoxid (CO). Detta verkar dock vara en temperatureffekt, inte relaterad till en ökning av kolmonoxidmolekyler.

I kontrast ses mängden vatten (H2O) i atmosfären att sjunka vilket astronomerna tolkar som en bevisad minskning av vattenmolekyler. Temperaturen i den övre atmosfären är tillräckligt hög för att bryta ner vattenmolekyler till deras beståndsdelar. Detta resultat bekräftar återigen förekomsten av heta vindar som värmer kvällsterminatorregionen. MPIA-astronomer som deltog i denna studie var Cyril Gapp (även Heidelberg University), Thomas M. Evans-Soma (även University of Newcastle, Australien) och Eva-Maria Ahrer.

Andra forskare var: Aurélien Falco (Sorbonne Université, Paris, Frankrike), David K. Sing (Johns Hopkins University, Baltimore, USA), Shashank Dholakia (University of Queensland, St. Lucia, Australien), Vivien Parmentier (Université de la Côte d'Azur, Nice, Frankrike), Jérémy Leconte (Université Bordeaux, Frankrike) och Guangwei Fu (Johns Hopkins University).

Långt borton Neptunus finns en liten dvärgplanet med atmosfär som fylls på men hur sker detta?

 

Bild https://www.nao.ac.jp  Konstnärs uppfattning i bild över  denna forskning visar en föreställd tidssekvens när en stjärna passerar bakom ett TNO (transneptunska objekt, objekt  bortom Neptunus bana) med atmosfär. (Kredit: NAOJ)

Ett team av professionella och amatörastronomer i Japan fann bevis för en tunn atmosfär runt en liten kropp i det yttre av solsystemet. Objektet är så litet att det inte borde ha en varaktig atmosfär vilket väcker frågor om när och hur denna atmosfär bildades. Framtida observationer för att bättre karaktärisera atmosfären för att lösa detta mysterium

I de kalla delarna av det yttre i solsystemet finns tusentals små objekt som kallas transneptunska objekt (TNO) då de ligger utanför Neptunus bana. En tunn atmosfär har observerats runt Pluto, den mest kända av dessa  TNO, men studier av andra TNO:er har gett negativa resultat då det gäller en atmosfär. De flesta TNO:er är så kalla och deras ytgravitation så svag att de inte förväntas kunna behålla atmosfärer.

Men astronomer vill gärna hitta det oväntade, så de utnyttjade ett lyckosamt "naturligt experiment" för att leta efter en atmosfär runt ett TNO känt som (612533) 2002 XV93. Detta objekt, förkortat 2002 XV93 har en diameter på cirka 500 km. Som referens är Plutos diameter 2 377 km. Omloppsbanan för 2002 XV93 är sådan att sett från Japan, passerade den rakt framför en stjärna i bakgrunden den 10 januari 2024. När stjärnan försvann bakom 2002 års XV93 bleknande stjärnans sken vilket indikerar att ljuset dämpats när det passerade genom en tunn atmosfär alternativt skulle skenet plötsligt slockna när den glider bakom den solida ytan på TNO.

Ett team av professionella och amatörastronomer, ledda av Ko Arimatsu vid NAOJ Ishigakijima Astronomical Observatory, observerade stjärnan som 2002 XV93 passerade framför från flera platser i Japan. De erhållna uppgifterna är förenliga med ljusdämpning av en atmosfär.

Beräkningar visar att atmosfären som man såg runt 2002 XV93 förväntas hålla mindre än 1000 år om den inte fylls på (så den borde inte funnits då objektet var kanske miljarder år gammalt). Så dvärgplaneten bör ha bildats för mycket kort tid sedan eller fylls atmosfären på kontinuerligt. Men då är frågan hur detta kan ske. 

James Webb Space Telescope visar inga tecken på frusna gaser på ytan av 2002 XV93 som kan sublimera och bilda en atmosfär. En möjlighet är att någon händelse för frusna eller flytande gaser från djupt inne i TNO:n till ytan. En annan möjlighet är att en komet kraschade in i 2002 XV93, och släppte ut gas som bildade en tillfällig atmosfär (vilket då bör skett nyligen). Ytterligare observationer behövs för att skilja mellan dessa två scenarier (ett tredje alternativ är det bara fantasin som kan testa fullt ut), Studien kan läsas under titeln och av   Ko Arimatsu et al. "Detection of an atmosphere on a trans-Neptunian object beyond Pluto", i Nature Astronomy,

Upptäckt av en exoplanet med mystisk sammansättning av atmosfär

 

Bild https://science.nasa.gov/ Konstnärs tolkning av hur exoplaneten  PSR J2322-2650b (vänster) kan se ut (planeten finns 750 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden södra fisken) då den kretsar runt en snabbt roterande neutronstjärna kallad pulsar (till Höger). Gravitationskrafter från den mycket tyngre pulsaren drar ut planeten  till en underlig citronform. Illustration: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Detta objekt är känt för att kretsa runt en pulsar, en snabbt roterande neutronstjärna. En pulsar https://sv.wikipedia.org/wiki/Pulsar

 avger strålar av elektromagnetisk strålning med regelbundna intervaller, vanligtvis mellan millisekunder och sekunder. Dessa pulserande strålar kan bara ses när de pekar direkt mot jorden, ungefär som strålar från en fyr.

"Planeten kretsar kring en stjärna som har massa som vår sol, men med en storlek som en medelstor stad," beskriver Michael Zhang vid University of Chicago, huvudansvarig forskare i denna studie. "Objektet har en atmosfär som ingen någonsin har sett förut. Istället för att hitta de normala molekyler vi förväntar oss att se på en exoplanet ex vatten, metan och koldioxid sågs här molekylärt kol, specifikt C3 och C2.”

Molekylärt kol är mycket ovanligt eftersom kol vid dessa temperaturer, om det finns andra typer av atomer i atmosfären, binder till dem. (Temperaturerna på planeten varierar från 650 grader Celcius vid de kallaste punkterna på natten till 2000 grader Celsius under den varmaste tidpunkten på dagen.) Molekylärt kol är bara dominerande om syre eller kväve i en atmosfär. Av de cirka 150 planeter som astronomer har studerat inom och utanför solsystemet har inga andra något påvisbart molekylärt kol.

PSR J2322-2650b finns mycket nära sin stjärna endast 1,5 miljoner bort. Till skillnad från jordens avstånd från solen som är cirka 160 miljoner km. På grund av sin extremt snäva bana tar en runda runt sin stjärna endast  7,8 timmar. Gravitationskrafter drar ut planetens form till en bisarr citronform, Systemet är en sällsynt typ av dubbelsystem där en snabbt snurrande pulsar paras ihop med en liten, lågmassig stjärnkamrat. Tidigare strömmade material från följeslagaren in på pulsaren, vilket fick pulsaren att snurra snabbare över tid, vilket driver en stark vind (och  är anledning till dess form) . Den vinden och strålningen bombarderar och dunstar sedan bort materia från den mindre och mindre massiva följeslagaren. Pulsaren konsumerar långsamt sin olyckliga partner.

Men i det här fallet betraktas följeslagaren officiellt som en exoplanet, inte en stjärna. Internationella astronomiska unionen definierar en exoplanet som en himlakropp under 13 Jupitermassor som kretsar runt en stjärna, en brun dvärg eller en stjärnrest, såsom en pulsar.

Av de 6 000 kända exoplaneterna är detta den enda som påminner om en gasjätte (med massa, radie och temperatur liknande en het Jupiter) som kretsar runt en pulsar. Endast ett fåtal pulsarer är kända för att ha planeter.

En Exoplanet med kraftig atmosfär och lava flöden

 

Bild wikipedia Illustratörs tolkning av TOI-561b och dess sol. Solsystemet finns 380 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden Sextanten.

TOI-561b,s radie är ungefär 1,4 gånger större än jorden medan  dess omloppstid är något mindre än 11 timmar. Dess sol TOI-561b är något mindre och svalare än vår sol. TOI-561 b bana runt sin sol är endast en fyrtiondel av avståndet mellan Merkurius och vår sol. Planeten bör därför vara tidvattenlåst med temperatur på dess permanenta dagsida som vida överstiger smälttemperaturen för flertalet bergarter.

"Det som verkligen skiljer denna planet åt mot andra är dess ovanligt låga densitet," beskriver Johanna Teske, forskare vid Carnegie Science Earth and Planets Laboratory och huvudförfattare till en artikel som publicerades nyligen i The Astrophysical Journal Letters 

För att testa hypotesen att TOI-561 b har en atmosfär använde teamet Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) för att mäta planetens dagstemperatur baserat på dess nära infraröda ljusstyrka. Tekniken, som innebär att mäta minskningen i ljusstyrka i solplanetsystemet när planeten rör sig fram från baksidan av sin sol liknar den teknik  som användes för att söka efter atmosfärer i TRAPPIST-1-systemet och med flera stenvärldar.

Om TOI-561 b är en kal sten utan atmosfär som kan transportera värme till nattsidan, bör dess dagstemperatur närma sig 2 700 grader Celsius. Men NIRSpec-observationerna visar att planetens dagsida verkar vara ca 1 800 grader Celsius vilket är svalare än väntat. Även om Webbs observationer ger övertygande bevis för en atmosfär, kvarstår frågan om hur  en liten planet som utsätts för så intensiv strålning hålla fast någon atmosfär överhuvudtaget då den finns så nära sin sol och en så kraftig? Vissa gaser måste läcka ut i rymden men kanske inte lika mycket som förväntat.

"Vi tror att det finns en jämvikt mellan magmahavet och atmosfären på planeten. Samtidigt som gaser kommer från magman ut  i atmosfären drar magmahavet tillbaka gasen mot ytan," beskriver medförfattaren Tim Lichtenberg från Groningens universitet i Nederländerna.

Studien är de första resultaten från Webbs General Observers Program 3860, som innebar att systemet observerades kontinuerligt i mer än 37 timmar medan TOI-561 b genomförde nästan fyra fulla varv runt sin sol. Teamet analyserar för närvarande hela datamängden för att kartlägga temperaturen hela vägen runt planeten för att utröna atmosfärens sammansättning.

"Det som är riktigt spännande är att den nya datamängden öppnar upp för fler frågor än den besvarar," beskriver Teske.

Så kan man finna liv i exoplaneters atmosfärers moln

 

Bild wikimedia. En tolkning av exoplaneten GJ 832 c,  gjord med hjälp av 3D-programvaran Blender 2.71. Bilden visar GJ 832 c som en molnig växthusplanet, med en tät atmosfär av vattenånga och tjocka moln som skymmer ytan. OBS inlägget nedan handlar om exoplaneter med moln inte om denna planet ovan specifikt.

Cornell-forskare har nu skapat ett första reflektansspektra vilket innebär en färgkodad nyckel dom visar olika mikroorganismer som svävar i moln ovan jordens yta. Astronomer vet inte om bakterier likt dessa finns någon annanstans i universum och i tillräckligt stor mängd för att kunna upptäckas av teleskop på Jorden. Men astronomer ska använda  färgnyckeln i sökandet efter tecken på liv utanför Jorden i  exoplaneters moln, yta och atmosfärer.

"Det finns mängder av mikroorganismer i vår atmosfär som producerar färgglada biopigment som fascinerat biologer i åratal", beskriver astrobiolog Ligia Coelho, postdoktor i astronomi vid College of Arts and Sciences (A&S) och stipendiat vid Carl Sagan Institute (CSI).

Coelho var ledare av den nya studien  "Colors of Life in the Clouds: Biopigments of Atmospheric Microorganisms as a New Signature to Detect Life on Planets Like Earth", som publicerades den 11 november i Astrophysical Journal Letters. 

– Att hitta  liv i jordens atmosfär har öppnat en helt ny möjlighet att hitta liv på andra planeter, beskriver Lisa Kaltenegger, professor i astronomi och chef för CSI, som är andre författare till studien. Nu har vi en möjlighet att upptäcka liv även om atmosfären är fylld av moln över exoplaneter. Vi trodde tidigare att moln skulle dölja liv för oss, men överraskande nog kan de hjälpa oss att hitta liv beskriver Coelho.

De färgglada mikroberna som producerar Coelhos spektra är sällsynta i jordens atmosfär. Det krävdes specialiserat arbete för att kunna samlas in. Hon fick sina fynd från samarbetspartnern Brent Christner vid University of Florida vilken använde en sondballong av latex för att samla in biota (Biota" kan referera till den levande växt- och djurvärlden inom ett visst område eller till allt liv på jorden) från lägre nivåer i stratosfären (mellan 21 och 29 kilometer över marken).

– Arbetet visade att celler finns i luftmassor på upp till 38 kilometers höjd, beskriver Christner vilken studerar mikroorganismer som lever under extrema förhållanden och tillägger att på lägre höjder i stratosfären, där ozon kan ge ett visst skydd mot mutagena våglängder av UV (ultravioletta vågor) har vi återfunnit ett antal bakterier som fortfarande är livskraftiga. Ett urval av dessa analyserades i studien av astrobiolog Ligia Coelho,  Pegasi b postdoktoral forskare i astronomi vid College of Arts and Sciences (A&S) och fellow vid Carl Sagan Institute (CSI).

Coelho odlade kulturerna med utrustning och expertis från Stephen Zinder, professor emeritus i mikrobiologi vid College of Agriculture and Life Sciences, en CSI Fellow. Hon analyserade sedan deras reflekterande spektra i labbet hos en annan CSI-stipendiat, Bill Philpot, professor i civil- och miljöteknik vid Cornell Engineering.

Att ha tillgång av spektra av dessa bakterier öppnar nya sätt att söka efter liv, beskriver Coelho. Men än mer information är kodad i färgsignaturerna av dessa mikrober. De visas om de förhållanden som mikroberna lever under. Då pigmentering skyddar livsformer från element som strålning, torrhet eller extrema temperaturer har många livsformer, inklusive bakterier, producerat pigment för att skydda sig mot ultravioletta strålar beskriver Coelho.

Genom att modellera möjliga extremer bestämde forskarna att en molnig planet med utbredda färgglada bakterier i sina moln skulle se betydligt annorlunda ut än en planet utan dem vilket ger färgglada bakterier potential att vara en detekterbar biosignatur.

Vetskapen om att vi kan söka efter liv på molniga världar ligger till grund för utformningen av framtida teleskop, inklusive NASA:s rymdbaserade Habitable Worlds Observatory, som är under utveckling, och observationsstrategier för Europeiska sydobservatoriets extremt stora teleskop, som är under uppbyggnad i Chile och planerat att påbörja vetenskapliga observationer på 2030-talet.

Nya rön om vattnet i Jupiters atmosfär

 

Bild https://www.caltech.edu/ En illustration av Jupiters atmosfär på varierande djup. Djupare under molnlagret ökar vattenkoncentration. Bildkälla: H. Ge

Caltech-forskare (California Institute of Technology)har utvecklat en ny datasimulering av den hydrologiska cykeln på Jupiter, som visar modellerar av hur vattenånga kondenseras till moln och faller som regn i planetens virvlande, turbulenta atmosfär. Studier visar att Jupiters vatten inte är jämnt fördelat vilket ger uppdrag som NASA:s Juno (som svävat runt Jupiter sedan 2016) viktig vägledning om var man ska leta efter vatten i planetens atmosfär.

Jupiter ansågs vara den första planeten i vårt solsystem som bildades och dess massiva gravitations inflytande formade omloppsarkitekturen för jorden och de andra planeterna i solsystemet. Att förstå hur mycket vatten Jupiter har, och var man ska leta efter det, ger ledtrådar till hur vatten kom till jorden vilket fortfarande är en öppen fråga inom planetvetenskapen.

Jupiters virvlande utseende är ett resultat av dess atmosfäriska dynamik som är visuellt vacker men gör det svårt att bestämma överflödet av kemin här var vatten finns och vilka  metaller som finns och var. Under  Galileo-uppdraget upptäcktes först vatten på Jupiter nära dess ekvator på 1990-talet, men det förblev osäkert om det vattnet var jämnt fördelat över planeten. Den nya modellen tar hänsyn till Jupiters snabba rotation ett helt varv, eller en dag, på Jupiter tar en dag cirka 10 jordtimmar. Denna snabba rotation orsakar de turbulenta ränderna som syns på Jupiters atmosfär. Den nya modellen föreslår att denna turbulens på de subtropiska och mellersta breddgraderna leder till regn som drar med sig vatten djupare under molnlagret, vilket gör planetens lägre atmosfär fuktigare tiotals kilometer under molnen.

Jupiter skiljer sig från jorden på många sätt, så att modellera dess atmosfäriska dynamik  och sedan jämföra dessa modeller med observationer leder till en bättre förståelse av ett brett spektrum av planeter i ett bredare perspektiv. Härnäst planerar teamet att skapa en mer global modell som expanderar bortom mellanbreddgraderna. I idealfallet kan teorin tillämpas på andra gasjättar som Uranus och Neptunus som också har ojämna fördelningar av kemiska ämnen här mer som metan snarare än vatten.

Forskningen beskrivs i en artikel som publicerats i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences den 29 september . Studiens huvudförfattare är Huazhi Ge, postdoktor  professor emeritus i Andrew P. Ingersolls grupp. California Institute of Technology

Webbteleskopet upptäckte mörka pärlmönster och skeva stjärnmönster i Saturnus atmosfär

 

Bild wikipedia. En partiell vy av Saturnus nordpol, 2016 som visar den i texten nämnda hexagon som finns i Saturnus atmosfär.

En studie av Saturnus atmosfäriska struktur med hjälp av data från James Webb Space Telescope (JWST) har avslöjat komplexa och mystiska egenskaper i denna som aldrig tidigare setts på någon planet i vårt solsystem.

– Vi förväntade oss att se utsläpp i de breda banden på de olika nivåerna av dessa. Istället såg vi  finskaliga mönster av pärlformation och stjärnformation som trots att de är åtskilda av enorma avstånd i höjd, på något sätt verkar vara sammankopplade och också kan vara kopplade till den berömda hexagonen djupare inne i Saturnus moln. Dessa egenskaper var helt oväntade och är för närvarande helt oförklarade." beskriver professor Tom Stallard vid Northumbria University

Det internationella forskarlaget bestod av 23 forskare från institutioner i Storbritannien, USA och Frankrike. De gjorde upptäckterna under en kontinuerlig 10-timmars observationsperiod den 29 november 2024, när Saturnus fanns under webbteleskopets panorama.

Teamet fokuserade på att detektera infraröd strålning från en positivt laddad molekylär form av väte, H3+, som spelar en nyckelroll i reaktionerna i Saturnus atmosfär och därför kan ge värdefulla insikter i de kemiska och fysikaliska processer som är verksamma där. JWST:s Near Infrared Spectrograph gjorde det möjligt för teamet att samtidigt observera H₃⁺-joner i jonosfären, 1100 kilometer ovanför Saturnus nominella yta och metanmolekyler i den underliggande stratosfären, på en höjd av 600 kilometer.

I jonosfärens elektriskt laddade plasma observerade teamet en serie mörka, pärlliknande egenskaper inbäddade i ljusa norrskenshalos. Dessa strukturer förblev stabila i timmar men verkade driva långsamt över tid. 

– Vi tror att de mörka pärlorna kan vara komplexa interaktioner mellan Saturnus magnetosfär och dess roterande atmosfär. Upptäckten kan ge nya insikter om energiutbytet som driver Saturnus norrsken. Det asymmetriska stjärnmönstret tyder på tidigare okända atmosfäriska processer som verkar i Saturnus stratosfär, möjligen kopplade till det sexkantiga stormmönster som observerats djupare in i Saturnus atmosfär (bild ovan), beskriver professor Stallard.

Forskarlaget hoppas att ytterligare tid kan ges i framtiden av Webbteleskopet för att genomföra uppföljande observationer av Saturnus för att ytterligare utforska egenskaperna. Följ länken här för att se några filmer från Northumbria University, på fenomenet. 

Analysen av upptäckten  presenterades nyligen av professor Tom Stallard från Northumbria University, vid EPSC-DPS2025 Joint Meeting i Helsingfors. 

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