Ultra-vruća super-Zemlja TOI-561 b jedan je od najneobičnijih poznatih stjenovitih planeta. Nova promatranja svemirskim teleskopom James Webb pokazuju da ovaj svijet, koji kruži opasno blizu svoje zvijezde, vjerojatno skriva gustu atmosferu iznad globalnog oceana magme. Rezultati, objavljeni u časopisu The Astrophysical Journal Letters, pomažu objasniti njegovu neočekivano malu gustoću i pokazuju da čak i mali planeti vrlo blizu svojih zvijezda mogu zadržati atmosferu duže nego što se mislilo.
Gusta atmosfera iznad oceana magme
TOI-561 b spada u rijetku skupinu egzoplaneta s ultrakratkim orbitalnim periodom. Planet ima radijus oko 1,4 Zemljina i obilazi svoju zvijezdu u manje od 11 sati. Iako je matična zvijezda samo nešto manja i hladnija od Sunca, planet se nalazi na udaljenosti manjoj od oko 1,6 milijuna kilometara. To je tek jedna četrdesetina udaljenosti između Merkura i Sunca, pa se TOI-561 b smatra plimno vezanim, s danjom stranom koja je stalno okrenuta prema zvijezdi i zagrijana iznad tališta većine stijena.
Suautorica istraživanja, dr. Anjali Piette sa Sveučilišta u Birminghamu, ističe da se opaženi signali ne mogu objasniti bez masivne atmosfere bogate hlapljivim tvarima: “Doista nam je potrebna debela, hlapljivim tvarima bogata atmosfera da bismo objasnili sva opažanja. Snažni vjetrovi bi hladili dnevnu stranu prenoseći toplinu na noćnu stranu.” Dodaje i da bi plinovi poput vodene pare mogli apsorbirati dio bliskoinfracrvenog zračenja koje dolazi s površine: “Planet bi izgledao hladnije jer teleskop detektira manje svjetla, ali isto tako je moguće da postoje svijetli silikatni oblaci koji dodatno hlade atmosferu reflektirajući svjetlost zvijezde.”
Tim je u početku razmatrao i mogućnost da niska gustoća proizlazi iz drukčije unutarnje građe. Planet bi mogao imati relativno malu željeznu jezgru i plašt građen od stijena manje gustoće nego u Zemljinu plaštu. Takva bi kombinacija donekle snizila gustoću, ali modeli pokazuju da ni to nije dovoljno da bi se objasnili svi podaci.
Prva autorica rada, Johanna Teske iz Laboratorija za istraživanje Zemlje i planeta instituta Carnegie, naglašava posebnost TOI-561 b: “Ono što doista izdvaja ovaj planet jest njegova anomalno niska gustoća. Ona je manja nego što bi se očekivalo kada bi imao sastav sličan Zemljinu.” Teske napominje i da je riječ o planetu koji kruži oko iznimno stare zvijezde: “TOI-561 b je osebujan među planetima s ultrakratkim periodom po tome što orbitira vrlo staru, željezom siromašnu zvijezdu, dvostruko stariju od našeg Sunca, u području Mliječne staze poznatom kao zadebljani disk. Morao se formirati u kemijskom okruženju koje je bilo vrlo različito od onoga u kojem su nastali planeti u našem Sunčevu sustavu.”
Zbog toga istraživači ističu da bi građa TOI-561 b mogla odražavati uvjete u kojima su se formirali najraniji planeti u Mliječnoj stazi, u razdoblju kada je udio elemenata teških poput željeza bio znatno manji nego danas.
Mjerenja temperature potvrđuju postojanje atmosfere
Pretpostavka o gustoj atmosferi dobila je ključnu potvrdu tijekom promatranja instrumentom NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) na teleskopu James Webb. Znanstvenici su mjerili sjaj dnevne strane planeta u bliskom infracrvenom području tako što su pratili pad ukupnog sjaja sustava u trenutku kada planet prođe iza zvijezde. Ista se tehnika koristi i pri potrazi za atmosferama u sustavu TRAPPIST-1 i na drugim stjenovitim egzoplanetima.
Ako je TOI-561 b gola stijena bez omotača koji prenosi toplinu, njegova bi dnevna strana trebala dosegnuti oko 2 700 stupnjeva Celzija. Mjerenja, međutim, pokazuju da temperatura iznosi oko 1 800 stupnjeva Celzija. To je preveliko smanjenje da bi ga moglo objasniti samo kruženje topline u oceanu magme.
Istraživači su razmotrili i druge mogućnosti. Ocean magme mogao bi prenijeti dio topline, ali bez atmosfere bi noćna strana bila toliko ohlađena da bi taj protok vrlo brzo oslabio. Tanak sloj pare stijena iznad užarene površine stvorio bi tek slab učinak hlađenja, daleko manji od onoga koji se opaža.
Najuvjerljivije objašnjenje je postojanje stabilne atmosfere. Suautor rada Tim Lichtenberg sa Sveučilišta u Groningenu opisuje odnos između unutrašnjosti i atmosfere kao stalnu izmjenu tvari: “Smatramo da postoji ravnoteža između oceana magme i atmosfere. Dok plinovi izlaze iz planeta i hrane atmosferu, ocean magme ih istodobno ponovno uvlači u unutrašnjost. Ovaj planet mora biti mnogo, mnogo bogatiji hlapljivim tvarima od Zemlje kako bi se objasnila opažanja. Doista je poput mokre kugle lave.”
Ovo su prvi rezultati dobiveni u okviru Webbova programa općih promatrača pod oznakom 3860. Sustav je promatran u kontinuitetu više od 37 sati, dok je TOI-561 b u tom razdoblju gotovo četiri puta obišao svoju zvijezdu. Takav neprekinuti niz mjerenja omogućio je iznimno precizno određivanje toplinskih svojstava planeta.
Istraživači sada analiziraju cijeli skup podataka kako bi izradili kartu raspodjele temperature oko planeta i preciznije odredili sastav njegove atmosfere. Spoj njegovih fizikalnih svojstava, starosti matične zvijezde i kemijskog okruženja u kojem je nastao pruža rijetku priliku za uvid u to kako izgledaju najstariji stjenoviti svjetovi u Mliječnoj stazi.
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.
