Astronauti u orbiti oko Zemlje vide jasne obrise kontinenata, oblake i oceane. No mnogi udaljeni planeti mogli bi biti skriveni iza gustih slojeva čađe, pokazuje nova studija o atmosferama mini-Neptuna. Prema tom radu, visoke temperature i snažni tlakovi duboko u tim svjetovima mogli bi stvarati uvjete nalik onima u motorima s izgaranjem.
Čudan trag u podacima svemirskog teleskopa James Webb
Među dosad poznatim egzoplanetima posebno se ističe skupina kakvu nemamo u Sunčevu sustavu. Riječ je o mini-Neptunima, planetima nešto većima od Zemlje, ali manjima od Neptuna, s debelim atmosferama koje otežavaju pogled u njihove dublje slojeve.
O njima se još uvijek zna vrlo malo. Udaljeni egzoplaneti najčešće se ne mogu izravno promatrati, pa se njihov sastav i svojstva određuju neizravnim metodama, prema načinu na koji prolaze ispred svojih zvijezda i kako njihova atmosfera mijenja svjetlost koja kroz nju prolazi.
Podaci svemirskog teleskopa James Webb pritom su pokazali neobičan obrazac. Mini-Neptuni u određenom temperaturnom rasponu imali su vrlo neprozirne atmosfere. Njihovi spektri bili su gotovo bez izraženih obilježja, kao da ih nešto skriva od pogleda.
Atmosfere kao prirodne tvornice čađe
Studija, objavljena 18. svibnja u časopisu The Astrophysical Journal Letters, nudi moguće objašnjenje: duboko u atmosferama tih planeta temperature i tlakovi mogli bi biti dovoljno visoki da potaknu stvaranje čađe. Mini-Neptuni bi, u tom scenariju, djelovali kao golemi prirodni sustavi za proizvodnju smoga.
“To je kao da u dubokoj atmosferi planeta imate prirodni dizelski motor”, rekao je Jeehyun Yang, postdoktorand sa Sveučilišta u Chicagu i prvi autor rada.
Yang je prije istraživanja egzoplaneta doktorirao kao kemijski inženjer, proučavajući motore s izgaranjem. Krivulja koju je vidio u podacima o mini-Neptunima podsjetila ga je na obrasce iz mlaznih, dizelskih i benzinskih motora, u kojima se sastav čestica mijenja s temperaturom izgaranja.
Pri izgaranju goriva nastaje crni dim. Pod snažnim mikroskopima njegove čestice pokazuju strukture nalik saću. One pripadaju skupini molekula poznatih kao policiklički aromatski ugljikovodici, koje nastaju kada vodik, ugljik i kisik reagiraju na visokim temperaturama. Iste molekule čine čađu u ispušnim plinovima kamiona i u filtrima motornog ulja.
Duboki slojevi atmosfera mogli bi skrivati odgovor
Na prvi pogled, temperature promatranih planeta nisu se potpuno poklapale s uvjetima u kojima nastaje čađa. No Yang i njegovi suradnici uzeli su u obzir da mini-Neptuni imaju debele i masivne atmosfere. Što se dublje ulazi u takvu atmosferu, tlak i temperatura rastu.
Upravo ondje, u dubljim slojevima, uvjeti bi mogli dosegnuti raspon potreban za stvaranje čađe.
“Vrh se točno poklapa”, rekao je Yang. “Sva trenutačna opažanja planeta odgovaraju našem okviru.”
Prema tom tumačenju, čađa nastaje duboko u atmosferi, a zatim se podiže prema višim slojevima. Ondje bi mogla stvarati gust, neproziran sloj koji skriva kemijske tragove i objašnjava zašto su spektri nekih mini-Neptuna tako jednolični.
Nepristupačni svjetovi, ali vrijedan trag za astronomiju
Takvi planeti nisu mjesta na kojima bi čovjek mogao preživjeti. Mini-Neptuni iz ove skupine kruže vrlo blizu svojih zvijezda, izrazito su vrući, a njihove površine vjerojatno su prekrivene oceanima magme ili se nalaze pod tlakovima toliko velikima da se materijal može stvrdnuti poput dijamanta.
Ipak, čađa u njihovim atmosferama mogla bi biti važan trag. Njezina količina može pomoći znanstvenicima da preciznije odrede omjer ugljika i kisika u tim svjetovima. Taj omjer nosi informacije o tome gdje su se planeti izvorno formirali u svojim zvjezdanim sustavima.
Ako se ova veza potvrdi, čađa bi mogla postati novo sredstvo za razumijevanje nastanka planeta. Time bi se bolje tumačili i svjetovi koji na prvi pogled djeluju kao neprozirne, teško čitljive kugle plina.
“Koliko znam, ovo je prvi put da je netko primijenio kemijsko inženjerstvo na područje proučavanja egzoplaneta“, rekao je Yang. “Mislim da je ovo izvrstan primjer koji pokazuje zašto nam ljudi iz različitih područja mogu pomoći u rješavanju ovih zagonetki.”
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
Izvori i publikacija
Jeehyun Yang et al, Sub-Neptunes as Soot Factories: Deep Atmosphere Hydrocarbon Formation and Quenching as the Origin of Sub-Neptune Aerosol Trend
Časopis / izvor: Astrophysical Journal Letters
