Webb-teleskopet ger första glimten av en exoplanets inre

by Albert
Ett konstnärligt koncept av WASP-107 b visar turbulent atmosfärisk blandning inom planetens gashölje. Kredit: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University

En förvånansvärt låg mängd metan och en superstor kärna döljer sig i den sockervaddsliknande planeten WASP-107 b.

Avslöjandena, som baseras på data från James Webb Space Telescope, är de första mätningarna av en exoplanets kärnmassa och kommer sannolikt att ligga till grund för framtida studier av planeters atmosfärer och inre, en viktig aspekt i sökandet efter beboeliga världar utanför vårt solsystem.

”Att titta in i det inre av en planet som ligger hundratals ljusår bort låter nästan omöjligt, men när man känner till massan, radien, atmosfärens sammansättning och hur het dess inre är, har man alla bitar man behöver för att få en uppfattning om vad som finns inuti och hur tung kärnan är”, säger huvudförfattaren David Sing, Bloomberg Distinguished Professor of Earth and Planetary Sciences vid Johns Hopkins University. ”Det här är nu något vi kan göra för massor av olika gasplaneter i olika system.”

Forskningen publiceras Today in Nature och visar att planeten har tusen gånger mindre metan än väntat och en kärna som är 12 gånger mer massiv än jordens.

WASP-107 b är en jätteplanet som omges av en brännande atmosfär som är lika fluffig som bomull och kretsar kring en stjärna cirka 200 ljusår bort. Den är puffig på grund av sin uppbyggnad: en värld i Jupiterstorlek med bara en tiondel av den planetens massa.

Även om den har metan – en byggsten för liv på jorden – anses planeten inte vara beboelig på grund av dess närhet till sin moderstjärna och avsaknaden av en fast yta. Men den kan innehålla viktiga ledtrådar om planeternas utveckling i ett sent skede.

I en separat studie som publicerades idag i Nature upptäckte andra forskare också metan med Webb-teleskopet och gav liknande insikter om planetens storlek och densitet.

”Vi vill titta på planeter som mer liknar gasjättarna i vårt eget solsystem, som har mycket metan i sina atmosfärer”, säger Sing. ”Det var här historien om WASP-107 b blev riktigt intressant, eftersom vi inte visste varför metannivåerna var så låga.”

Konstnärligt koncept av WASP-107 b, en varm Neptunus-exoplanet cirka 200 ljusår bort. Kredit: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University

Konstnärligt koncept av WASP-107 b, en varm Neptunus-exoplanet cirka 200 ljusår bort. Kredit: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University

De nya metanmätningarna tyder på att molekylen omvandlas till andra föreningar när den strömmar uppåt från planetens inre och interagerar med ett hopkok av andra kemikalier och stjärnljus i den övre atmosfären. Teamet mätte också svaveldioxid, vattenånga, koldioxid och kolmonoxid – och fann att WASP-107 b har fler tunga grundämnen än Uranus och Neptunus.

Profilen av planetens kemi börjar avslöja viktiga bitar i pusslet om hur planetatmosfärer beter sig under extrema förhållanden, säger Sing. Hans team kommer under nästa år att genomföra liknande observationer på ytterligare 25 planeter med Webb-teleskopet.

”Vi har aldrig tidigare kunnat studera den här blandningsprocessen i en exoplanets atmosfär i detalj, så det här kommer att vara en stor hjälp för att förstå hur de här dynamiska kemiska reaktionerna fungerar”, säger Sing. ”Det är något vi definitivt behöver när vi börjar titta på steniga planeter och biomarkörsignaturer.”

Forskare hade spekulerat i att planetens uppblåsta radie berodde på en värmekälla inuti, säger Zafar Rustamkulov, en doktorand i planetvetenskap vid Johns Hopkins som var med och ledde forskningen. Genom att kombinera atmosfäriska och inre fysikaliska modeller med Webbs data från WASP-107 b, redogjorde teamet för hur planetens termodynamik påverkar dess observerbara atmosfär.

”Planeten har en het kärna, och den värmekällan förändrar kemin i gaserna djupare ner, men den driver också denna starka, konvektiva blandning som bubblar upp från insidan”, säger Rustamkulov. ”Vi tror att denna värme får gasernas kemi att förändras, särskilt genom att förstöra metan och skapa förhöjda mängder koldioxid och kolmonoxid.”

De nya rönen utgör också den tydligaste kopplingen som forskare har kunnat göra mellan en exoplanets inre och toppen av dess atmosfär, säger Rustamkulov. Förra året upptäckte Webb-teleskopet svaveldioxid cirka 700 ljusår bort i en annan exoplanet som heter WASP-39, vilket gav det första beviset på en atmosfärisk förening som skapats av stjärnljusdrivna reaktioner.

Johns Hopkins-teamet fokuserar nu på vad som kan hålla kärnan varm, och förväntar sig att krafter kan vara i spel liknande de som orsakar hög- och lågvatten i jordens hav. De planerar att testa om planeten sträcks och dras av sin stjärna och hur det kan förklara kärnans höga värme.

Ytterligare information: A warm Neptune’s methane reveals core mass and vigorous atmospheric mixing, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07395-z. www.nature.com/articles/s41586-024-07395-z

Related Articles

Leave a Comment