Folosind MIRI (Instrumentul Mid Infrared) de la bordul Telescopului Spațial James Webb (JWST), o echipă internațională condusă de fostul student doctorand al MPIA (Institutul Max Planck pentru Astronomie, Heidelberg, Germania), Sebastian Zieba (Centrul pentru Astrofizică | Harvard & Smithsonian, Cambridge, SUA) și Laura Kreidberg, Director MPIA și investigator principal al studiului, a investigat compoziția suprafeței exoplanetei stâncoase LHS 3844 b. Depășind studiile atmosferelor, această lucrare se concentrează pe geologia planetelor care orbitează alte stele, oferind o perspectivă mai profundă asupra naturii lor. Descoperirile au fost publicate în revista Nature Astronomy.
LHS 3844 b este o lume stâncoasă cu aproximativ 30% mai mare decât Pământul, care orbitează o stea pitică roșie rece în doar sub 11 ore. Orbitează extrem de aproape de steaua sa, la doar aproximativ trei diametre stelare deasupra suprafeței. Planeta este blocată mareic, ceea ce înseamnă că o parte este permanent îndreptată spre stea, în timp ce cealaltă rămâne în întuneric. Partea luminoasă atinge o temperatură medie de aproximativ 1000 Kelvin (aproximativ 725 grade Celsius sau 1340 grade Fahrenheit). Sistemul este situat relativ aproape de Pământ, la o distanță de 48,5 ani lumină (14,9 parseci).
"Datorită sensibilității uimitoare a JWST, putem detecta lumina care vine direct de la suprafața acestei planete stâncoase îndepărtate. Vedem o stâncă întunecată, fierbinte, pustie, lipsită de orice atmosferă", a spus Laura Kreidberg, MPIA. Aspectul său întunecat sugerează că ar putea semăna cu o versiune mărită a Lunii sau a lui Mercur. Această concluzie provine din analiza radiației infraroșii emise de partea luminoasă și fierbinte a planetei. Oamenii de știință nu pot imagina direct planeta. În schimb, ei măsoară modificări subtile ale luminozității din lumina combinată a stelei și a planetei care orbitează pe măsură ce se mișcă.
MIRI a examinat emisia infraroșie între 5 și 12 micrometri, împărțind lumina în intervale de lungime de undă mai mici și măsurând intensitatea în fiecare. Acest proces creează un spectru, care este similar cu un curcubeu care dezvăluie modul în care lumina este distribuită pe diferite lungimi de undă. Observațiile anterioare de la Telescopul Spațial Spitzer au furnizat date suplimentare care au consolidat analiza.
Cercetarea geologiei exoplanetelor se bazează pe cunoștințele dobândite din studiul Pământului și al altor corpuri stâncoase din Sistemul Solar. Echipa a comparat observațiile lor cu modele computerizate și biblioteci de roci și minerale cunoscute de pe Pământ, Lună și Marte. Aceste comparații au arătat că LHS 3844 b nu are o crustă similară cu cea a Pământului, care este de obicei bogată în minerale silicatice precum granitul. Această descoperire nu este neașteptată, deoarece Pământul este unic în Sistemul Solar pentru că are o astfel de crustă. Cu toate acestea, oferă indicii despre trecutul planetei. Pe Pământ, crustele bogate în silicați se formează prin procese de lungă durată care implică activitate tectonică și adesea necesită apă. Roca este topită și reciclată în mod repetat, permițând materialelor mai ușoare să se ridice și să formeze crusta.
"Deoarece LHS 3844 b nu are o astfel de crustă silicatată, se poate concluziona că tectonica plăcilor asemănătoare Pământului nu se aplică acestei planete sau este ineficientă", spune Sebastian Zieba. "Această planetă conține probabil puțină apă."
În loc de material asemănător granitului, datele indică o suprafață realizată din bazalt sau rocă asemănătoare mantalei, similară cu materialul vulcanic găsit pe Pământ sau Lună. Cercetătorii au efectuat o comparație statistică detaliată între spectrul observat și diverse amestecuri posibile de minerale. Ei au descoperit că suprafețele mari de bazalt solid sau rocă magmatică se potrivesc cel mai bine cu datele. Aceste roci sunt bogate în magneziu și fier și pot conține minerale precum olivina. Fragmentele de rocă sparte, cum ar fi pietrișul, se potrivesc, de asemenea, destul de bine, în timp ce pulberile fine sau praful singure nu se potrivesc cu observațiile din cauza aspectului lor mai luminos.
Fără o atmosferă care să o protejeze, planeta este expusă constant la radiații intense de la steaua sa și la impacturi de meteoriți. Aceste procese descompun treptat roca și îi modifică suprafața.
"Se pare că aceste procese nu doar dizolvă încet rocile dure în regolit, un strat de granule fine sau pulbere, așa cum se găsește pe Lună", explică Zieba. "De asemenea, întunecă stratul prin adăugarea de fier și carbon, făcând proprietățile regolitului mai consistente cu observațiile."
Datele susțin două explicații posibile pentru suprafața planetei. Un scenariu sugerează un peisaj dominat de rocă bazaltică solidă care este relativ proaspătă. În acest caz, activitatea geologică recentă, cum ar fi vulcanismul răspândit, ar fi refăcut suprafața planetei. Al doilea scenariu implică, de asemenea, o suprafață întunecată, dar una modelată de expunerea pe termen lung la spațiu. De-a lungul timpului, intemperiile ar crea straturi extinse de regolit întunecat, similar cu suprafața prăfuită observată pe Lună sau Mercur. Această interpretare implică faptul că planeta a fost inactivă geologic pentru o perioadă lungă de timp.
Aceste două posibilități diferă în principal în ceea ce privește dacă planeta este încă activă geologic. Pe Pământ și în alte lumi active, procesele vulcanice eliberează gaze în mediul înconjurător. Un astfel de gaz este dioxidul de sulf (SO2), care este frecvent asociat cu vulcanismul. Dacă LHS 3844 b ar fi activă în prezent, MIRI ar fi detectat probabil acest gaz. Cu toate acestea, nu a fost găsit niciun semnal de acest fel. Această absență sugerează că activitatea vulcanică recentă este improbabilă, făcând scenariul suprafeței erodate, inactive, mai plauzibil. Dacă este corect, planeta poate semăna foarte mult cu Mercur.
Pentru a rezolva această întrebare, echipa urmărește observații suplimentare cu JWST. Aceste noi măsurători au ca scop detectarea diferențelor subtile în modul în care roca solidă și materialul liber emit și reflectă lumina. Modul în care lumina este emisă la diferite unghiuri depinde de textura suprafeței, care poate dezvălui dacă suprafața este o rocă netedă sau un material aspru, pulverulent. Această metodă a fost deja folosită cu succes pentru a studia asteroizii din Sistemul Solar.
"Suntem încrezători că aceeași tehnică ne va permite să clarificăm natura crustei LHS 3844 b și, în viitor, alte exoplanete stâncoase", conchide Kreidberg.