Exoplanet LHS 3844 b är en stenplanet som är helt skyddslös mot kosmisk strålning

 

Bild wikipedia Bildmosaik tagen av Mariner 10, 1974  på Merkurius  vilken troligen liknar den av James Webbteleskopet upptäckta exoplaneten LHS 3844 b som finns 48,5 ljusår bort  i stjärnbilden Indus.

LHS 3844 b är en stenplanet 30 % större än jorden och kretsa runt en röd dvärgstjärna ett varv på ungefär 11 timmar. Planeten snurrar bara tre stjärndiametrar ovanför sin sols yta och är tidvattenlåst i sin bana. Som ett resultat vänder samma hemisfär på LHS 3844 b alltid samma sida mot sin sol vilket ger en konstant dagsida med en medeltemperatur på cirka  725 grader Celsius. När vi mäter denna strålning som ger värme kan vi inte se och mäta planeten direkt istället registrerar vi den upprepade förändringen i ljusstyrka vi får från stjärnan och planeten tillsammans.

MIRI (Mid-Infrared Instrument ett instrument på James Webb-teleskopet. MIRI är en kamera och en spektrograf som observerar mitten till lång infraröd strålning från 5 mikron till 28 mikron.) delade upp en del av planetens infraröda emission, från 5 till 12 mikrometer, i mindre våglängdssektioner och mätte ljusstyrkan per våglängdsband. Detta är vad astronomer kallar ett spektrum en regnbågsliknande fördelning av ljusets komponenter. En annan datapunkt, hämtad från observationer med Spitzer-teleskopet och publicerad för några år sedan, förstärkte analysen.

På samma sätt som exoplanetär atmosfärforskning har gynnats av klimatvetenskap, bygger detta framväxande område inom exoplanetär geologi på geologisk kunskap baserad på jorden. PhD student Sebastian Zieba (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA) and Laura Kreidberg, MPIA Director and study PI (principal investigator och deras medarbetare körde datamodeller och fick tillgång till mallbibliotek av bergarter och mineraler kända från jorden, månen och Mars för att se vilka infraröda signaturer de skulle producera under förhållandena på LHS 3844 b. Att jämföra observationsbaserade data med dessa beräkningar uteslöt med säkerhet en sammansättning jämförbar med jordens skorpa dom vanligtvis är silikatrik bergart som granit.

Jordliknande, silikatrika skorpor tros bildas genom en långvarig raffineringsprocess som kräver tektonisk aktivitet och vanligtvis förlitar sig på vatten som smörjmedel. Det steniga materialet smälter och stelnar upprepade gånger när det blandas med mantelmaterialet vilket lämnar de lättare mineralerna på ytan.

"Eftersom LHS 3844 b saknar en sådan silikatskorpa kan man dra slutsatsen att jordliknande plattektonik troligen inte gäller för denna planet," beskriver Sebastian Zieba. "Den här planeten innehåller troligen bara lite vatten." den mörka ytan på en sammansättning som påminner om jordbunden eller månbasalt eller jordens mantelmaterial.

En statistisk analys av hur väl detta spektrum passar olika mineralblandningar och konfigurationer visade att utsträckta fasta områden av basalt eller magmatisk bergart bäst matchade observationerna. De är rika på magnesium och järn och kan innehålla olivin. Krossat material, såsom stenar eller grus, passar också ganska bra, medan korn eller pulver inte stämmer överens med observationerna på grund av sitt ljusare utseende.

Utan en skyddande atmosfär utsätts planeter för rymdväder, främst drivet av hård, energirik strålning från sin sol och nedslag av meteoriter.

"Det visar sig att dessa processer inte bara långsamt löser upp hårda bergarter till regolit, ett lager av fina korn eller pulver som finns på månen," förklarar Zieba. "De mörknar också lagret genom att tillsätta järn och kol, vilket gör regolitens egenskaper mer förenliga med observationerna."

Denna bedömning lämnade astronomerna med två scenarier för planetens yta som matchar data lika väl. En av dem involverar en yta dominerad av mörk, fast berggrund bestående av basaltiska eller magmatiska mineraler. Jämfört med geologiska tidsskalor förändrar rymdväder i form av olikartad strålningsnivå egenskaper snabbt. Därför drar astronomerna slutsatsen att ytan i detta scenario bör vara relativt färsk, orsakad av nyligen geologisk aktivitet, såsom utbredd vulkanism.

Det andra scenariot föreslår också en mörk yta då jämförbar med vår måne eller Merkurius. Ändå förklarar det långvarig rymdvädret vilket leder till utsträckta områden täckta av ett mörkt regolitlager, ett fint pulver som också finns på månen.

Dessa två alternativ skiljer sig åt i graden av nyligen krävd geologisk aktivitet. På jorden och andra aktiva objekt i solsystemet är ett typiskt fenomen under sådan aktivitet utgasning. Svaveldioxid (SO2) en gas som ofta förknippas med vulkanism. Om det finns på LHS 3844b i rimliga mängder borde MIRI ha upptäckt det. Därför verkar en nylig vulkanism period osannolik vilket får astronomerna att föredra det andra scenariot. Om det stämmer kan LHS 3844 b likna Merkurius.

För att testa sin idé driver Zieba, Kreidberg och deras kollegor redan en mer direkt strategi. De har erhållit ytterligare JWST-observationer, vilket bör göra det möjligt för dem att urskilja ytförhållanden genom att utnyttja små skillnader i hur fasta plattor och pulver avger eller reflekterar ljus. Detta koncept tillämpas framgångsrikt för att karakterisera asteroider i solsystemet. "Vi är övertygade om att samma teknik kommer att göra det möjligt för oss att klargöra naturen hos LHS 3844 b:s skorpa och, i framtiden, andra steniga exoplaneter," avslutar Kreidberg.Laura Kreidberg är den enda MPIA-astronomen som är involverad i denna studie.

Studien av Sebastian Zieba, Laura Kreidberg, et al.  The dark and featureless surface of rocky exoplanet LHS 3844 b from JWST mid-infrared spectroscopy Nature Astronomy (2026). 

Andra forskare i studien var: Sebastian Zieba (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA), Brandon P. Coy (Institutionen för geofysik, University of Chicago, USA), Aaron Bello-Arufe (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA [JPL]), Kimberly Paragas (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, USA), Xintong Lyu (Peking University, Peking, Kina), Renyu Hu (The Pennsylvania State University, University Park, USA och JPL), Aishwarya Iyer (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), Kay Wohlfarth (Technische Universität Dortmund, Tyskland)

James Webbteleskopet ska se på två intressanta exoplaneter

 

LHS 3844 b är en exoplanet som kretsar kring den röda dvärgen LHS 3844.  55 Cancri e, är en exoplanet som kretsar runt stjärnan 55 Cancri A systemet finns i riktning mot kräftans stjärnbild. Det är dessa exoplaneter som vi ska ta upp här plus att:

NASAs James Webb Space Telescope  är om några veckor i full drift.

Bland de undersökningar som planeras under det första året finns studier av två intressanta exoplaneter klassificerade som "superjordar" genom sin storlek och steniga sammansättning. Det handlar om den lavatäckta 55 Cancri e och den atmosfärlösa LHS 3844 b. Forskare kommer att träna Webbs högprecisionsspektrograf på dessa planeter för syftet att förstå den geologiska mångfalden av exoplaneter i galaxen och utvecklingen av steniga planeter som jorden.

55 Cancri e kretsar mindre än 2414000 km från sin sol (en tjugofemtedel av avståndet mellan Merkurius och vår sol) och fullbordar en runda runt sin sol på mindre än 18 timmar. Med en yttemperatur långt över smältpunkten för typiska bergbildande mineraler antas dagsidan av planeten vara täckt av ett hav av lava.

Planeter som kretsar så här nära sin stjärna antas vara tidvis låsta, med en sida vänd mot stjärnan hela tiden (vilket nödvändigtvis inte alltid stämmer, se på Merkurius, nyligen förstod vi att den inte vänder samma sida mot solen alltid vilket vi ansett tidigare utan likt jorden roterar runt sin axel(min anm. Dock talar vi ovan om tidvis låsning inte konstant låsning)). Som ett resultat bör den hetaste platsen på planeten vara den som vetter mot stjärnan  och mängden värme som kommer från dagsidan bör inte förändras mycket över tid.

Men så verkar inte vara fallet. Observationer av 55 Cancri e av NASAs Spitzer Space Telescope tyder på att den hetaste regionen är förskjuten från den del som vetter mot stjärnan mest direkt, medan den totala mängden värme som detekteras från dagsidan varierar En förklaring till dessa observationer är att planeten har en dynamisk atmosfär som flyttar runt värmen (eller att planeten roterar likt Mekurius och jorden eller i en än snabbare rotation (min anm.). "55 Cancri e kan ha en tjock atmosfär dominerad av syre eller kväve", förklarade Renyu Hu från NASAs Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien, som leder ett team som kommer att använda Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam) och Mid-Infrared Instrument (MIRI) för att fånga det termiska emissionsspektrumet på dagens sida av planeten (har svårt att förstå hur en så het planet kan hålla kvar en atmosfär av detta slag (min anm.) men så beskrivs det).

Medan 55 Cancri e kommer att ge insikt i den exotiska geologin i en värld täckt av lava, ger LHS 3844 b en unik möjlighet att analysera den fasta stenen på en exoplanets yta.

Liksom 55 Cancri e kretsar LHS 3844 b extremt nära sin stjärna och fullbordar ett varv på 11 timmar. Men eftersom dess sol är relativt liten och sval är planeten inte tillräckligt varm för att ytan ska vara i smält tillstånd. Dessutom indikerar Spitzer-observationer att planeten osannolikt kan ha en betydande om ens någon atmosfär. – Det visar sig genom att olika typer av bergarter har olika spektra” förklarar Laura Kreidberg vid Max Planck-institutet för astronomi och säger aven att man vet att granit är ljusare  än basalt i ett spektrum. Det finns även liknande skillnader i det infraröda ljuset.

Vi får se vad Webbteleskopet ger för data.

Bild vikipedia illustration på storleksförhållandet på en av de omtalade planeterna ovan. Jorden i jämförelse med 55 Cancri e.