Webb je zavirio u tamnu površinu super-Zemlje udaljene 48,5 svjetlosnih godina

Svemirski teleskop James Webb ovaj put nije tražio tragove atmosfere udaljenog svijeta. Astronomi su iz njegovih podataka izdvojili toplinski trag same površine stjenovitog planeta izvan Sunčeva sustava.

Riječ je o super-Zemlji LHS 3844 b, vrućem i tamnom planetu bez atmosfere. Nova analiza pokazuje da njegova površina ne nalikuje Zemljinoj kori, nego više podsjeća na bazaltne stijene, magmatski materijal ili dugotrajno istrošenu površinu nalik Merkuru.

LHS 3844 b nalazi se relativno blizu, na udaljenosti od 48,5 svjetlosnih godina. Oko 30 posto veći je od Zemlje, a oko hladnog crvenog patuljka kruži za približno 11 sati.

Kreće se iznimno blizu svoje zvijezde, na udaljenosti koja odgovara tek nekoliko njezinih promjera. Zbog toga je plimno zaključan. Ista strana planeta stalno je okrenuta prema zvijezdi, dok je druga trajno okrenuta od nje.

Na toj stalno osvijetljenoj strani prosječna temperatura doseže oko 725 °C. Upravo zato LHS 3844 b spada među najpogodnije poznate stjenovite egzoplanete za analizu toplinskog zračenja s površine.

“Zahvaljujući iznimnoj osjetljivosti teleskopa James Webb, možemo detektirati svjetlost koja dolazi izravno s površine tog udaljenog stjenovitog planeta. Vidimo tamnu, vruću i pustu stijenu, bez atmosfere”, rekla je Laura Kreidberg s Instituta Max Planck za astronomiju.

Umjesto atmosfere, Webb je našao stijene

Webb ovdje nije snimio površinu planeta kao fotografiju. Astronomi su mjerili toplinsko zračenje koje dolazi s njegove stalno osvijetljene strane i iz tog slabog signala pokušali odrediti kakav se materijal ondje nalazi.

Ključan je bio instrument MIRI na Svemirskom teleskopu James Webb, koji promatra u srednjem infracrvenom području. U tom dijelu spektra vruća površina planeta ostavlja toplinski potpis koji se može razložiti po valnim duljinama.

Astronomi mjere vrlo male promjene u ukupnom sjaju sustava, odnosno u svjetlosti koja zajedno dolazi od zvijezde i planeta. Kako LHS 3844 b kruži oko zvijezde, mijenja se udio infracrvenog zračenja koji do nas stiže s njegove dnevne strane.

MIRI je to zračenje razložio u rasponu od 5 do 12 mikrometara. Dobiveni spektar zatim je uspoređen s modelima stijena i minerala poznatih sa Zemlje, Mjeseca i Marsa. U analizu je uključen i raniji podatak iz opservacija Svemirskog teleskopa Spitzer.

Istraživanje su vodili Sebastian Zieba, danas u Centru za astrofiziku Harvard & Smithsonian, i Laura Kreidberg s Instituta Max Planck za astronomiju. Rezultati su objavljeni u časopisu Nature Astronomy.

To je važan pomak u istraživanju egzoplaneta. Nakon godina u kojima su se astronomi uglavnom usmjeravali na atmosfere udaljenih svjetova, Webb sada omogućuje nešto zahtjevnije: proučavanje površina i geološke povijesti planeta oko drugih zvijezda.

Površina ne nalikuje Zemljinoj kori

Usporedba Webbovih opservacija s modelima stijena i minerala pokazala je da površina planeta LHS 3844 b nije nalik Zemljinoj kori, bogatoj silikatnim mineralima poput granita. To nije neočekivano. U Sunčevu sustavu Zemlja je jedini planet s takvom korom.

No upravo taj izostanak može govoriti nešto o geološkoj prošlosti udaljene super-Zemlje.

Na našem planetu takva kora nastaje dugom preradom stjenovitog materijala. Stijene se tale, miješaju s materijalom iz plašta, hlade i ponovno mijenjaju kroz geološko vrijeme. U tom procesu važnu ulogu ima tektonika ploča, a voda pomaže kretanju i preradi stijena.

“Budući da LHS 3844 b nema takvu silikatnu koru, može se zaključiti da na tom planetu ne djeluje tektonika ploča nalik Zemljinoj, ili je vrlo neučinkovita”, rekao je Zieba. “Planet vjerojatno sadržava vrlo malo vode.”

Podaci umjesto toga upućuju na tamnu površinu sličniju bazaltu, magmatskim stijenama ili materijalu nalik Zemljinu plaštu. S opservacijama se najbolje slažu prostrana čvrsta područja bazaltnih ili magmatskih stijena bogatih magnezijem i željezom, možda i olivinom.

Svježa vulkanska stijena ili stari sloj nalik Mjesečevu regolitu

Astronomi zasad imaju dva moguća objašnjenja za površinu planeta LHS 3844 b.

Prema prvom, planet je prekriven tamnom, čvrstom stijenom bazaltnog ili magmatskog sastava. No površina planeta bez atmosfere brzo se mijenja pod utjecajem zračenja zvijezde i udara meteorita. Da bi takva stijena i dalje izgledala svježe, morala bi biti nastala relativno nedavno. To bi upućivalo na rašireni vulkanizam u geološki novijoj prošlosti.

Drugo objašnjenje vodi prema starijoj i mirnijoj površini. LHS 3844 b mogao bi biti prekriven tamnim regolitom, finim usitnjenim materijalom kakav poznajemo s Mjeseca. Bez atmosferske zaštite, stijene su izravno izložene zračenju zvijezde i udarima meteorita. Ti procesi ne usitnjavaju samo stijene, nego površinski materijal s vremenom mogu i potamniti obogaćivanjem željezom i ugljikom.

“Ispada da ti procesi ne pretvaraju čvrste stijene samo polako u regolit, sloj sitnih zrnaca ili prašine kakav nalazimo na Mjesecu”, objasnio je Zieba. “Oni taj sloj i potamnjuju dodavanjem željeza i ugljika, zbog čega svojstva regolita bolje odgovaraju opservacijama.”

Zasad prednost ima drugo objašnjenje. Da je LHS 3844 b nedavno bio snažno vulkanski aktivan, očekivali bi se tragovi plinova iz unutrašnjosti planeta. Jedan od njih je sumporov dioksid, plin često povezan s vulkanizmom. Da ga ondje ima u dovoljnim količinama, MIRI bi ga trebao detektirati. Takav signal nije zabilježen.

Zbog toga autori istraživanja smatraju vjerojatnijim da je LHS 3844 b taman, suh i dugo izložen svemirskom trošenju. Njegova bi površina zato mogla više nalikovati Merkuru nego Zemlji.

Tim već ima dodatne Webbove opservacije koje bi trebale pomoći u razlikovanju čvrste stijene od sitnog površinskog materijala. Ključ je u tome kako različite površine emitiraju ili reflektiraju svjetlost pod različitim kutovima. Sličan pristup već se koristi pri proučavanju asteroida u Sunčevu sustavu.

“Uvjereni smo da će nam ista tehnika omogućiti da razjasnimo prirodu kore LHS 3844 b, a u budućnosti i drugih stjenovitih egzoplaneta”, zaključila je Kreidberg.

Ivan Petričević

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.