-
Ο εξωπλανήτης WASP 107b είναι ένας γίγαντας αερίου σχεδόν τόσο μεγάλος όσο ο Δίας, αλλά πολύ μικρότερος.
-
Εξαιτίας αυτής της ασυμφωνίας, οι αστρονόμοι δεν γνώριζαν πώς θα μπορούσε να υπάρξει ένας πλανήτης όπως ο WASP 107b.
-
Αλλά τώρα δύο ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες έχουν εκμεταλλευτεί τη δύναμη του JWST για να λύσουν το μυστήριο.
Ακριβώς στην κοσμική μας γειτονιά, περίπου 210 έτη φωτός μακριά, βρίσκεται ένας πλανήτης έξω από το ηλιακό μας σύστημα που αψηφά την επιστημονική εξήγηση για χρόνια. Το όνομά του είναι WASP 107b.
Τώρα δύο διαφορετικές ομάδες αστρονόμων πιστεύουν ότι έχουν βρει τη λύση. Ωστόσο, αυτό εγείρει επίσης μια σειρά από νέα ερωτήματα που απαιτούν περαιτέρω έρευνα.
WASP 107b: Ο εξωπλανήτης που στην πραγματικότητα δεν θα έπρεπε να υπάρχει
Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν για πρώτη φορά αυτόν τον ασυνήθιστο εξωπλανήτη το 2017.
Οι αρχικές τους παρατηρήσεις πρότειναν ότι το WASP 107b έχει περίπου το πλάτος του Δία, αλλά δέκα φορές λιγότερο μάζα, δίνοντάς του το παρατσούκλι “Super-Puff”, σε σχέση με ένα αφράτο marshmallow ή αφράτο ζαχαρωτό της γριάς.
Για χρόνια, οι ειδικοί προσπαθούσαν να καταλάβουν πώς ένας τέτοιος πλανήτης θα μπορούσε να φτάσει σε μια τόσο μεγάλη διάμετρο και ωστόσο να παραμείνει τόσο ελαφρύς. Σύμφωνα με επιστημονικά μοντέλα, ο εξωπλανήτης δεν θα έπρεπε να υπάρχει.
«Οι άνθρωποι άρχισαν να προσπαθούν να καταλάβουν πώς να δημιουργήσουν έναν τέτοιο πλανήτη», δήλωσε στο Business Insider ο David Sing, διακεκριμένος καθηγητής του Bloomberg στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins.
Κανονικά, οι πλανήτες γίνονται τόσο πλατείς όσο οι άνθρωποι. Όσο περισσότερη ύλη καταναλώνουν, τόσο ευρύτερα – και πιο μαζικά – γίνονται. Αν λοιπόν αυτός ο εξωπλανήτης ήταν τόσο μεγάλος όσο παρατήρησαν οι αστρονόμοι, τότε μάλλον δεν θα είχε τόσο μικρή μάζα.
«Το WASP 107b είναι ένα ακραίο στοιχείο μεταξύ των ακραίων στοιχείων», δήλωσε ο Luis Welbanks, μεταδιδακτορικός συνεργάτης της NASA Sagan στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.
Τώρα, χάρη στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, δύο ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες – μια με επικεφαλής τον Sing και μια με επικεφαλής τον Welbanks – πιστεύουν ότι έχουν επιτέλους λύσει την υπόθεση. Το πιο σημαντικό, και οι δύο ομάδες κατέληξαν σε εντυπωσιακά παρόμοια συμπεράσματα, ενισχύοντας η μία τα ευρήματα της άλλης.
Και οι δύο ομάδες πιστεύουν ότι η απάντηση σε αυτό το μυστήριο βρίσκεται στον πυρήνα του WASP 107b. Αποδεικνύεται ότι το κέντρο αυτού του εξωπλανήτη είναι πολύ θερμότερο και πιο ογκώδες από ό,τι πίστευαν προηγουμένως οι αστρονόμοι.
Ωστόσο, για να καταλήξουν σε αυτό το συμπέρασμα, οι δύο ομάδες έπρεπε να κάνουν σοβαρές έρευνες στο διάστημα.
Τα επιστημονικά μοντέλα δεν ταίριαζαν με τις παρατηρήσεις
Το γιατί χρειάστηκαν χρόνια οι αστρονόμοι για να κατανοήσουν τη μυστηριώδη προέλευση του WASP 107b οφείλεται σε ένα πρόβλημα που αντιμετωπίζουν πολλοί αστρονόμοι: στην έλλειψη πληροφοριών λόγω τεχνολογικών περιορισμών.
Χάρη σε προκαταρκτικές παρατηρήσεις με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, οι αστρονόμοι γνώριζαν πολλά για το WASP 107b όταν ανακαλύφθηκε, αλλά όχι αρκετά για να απαντήσουν στο μεγάλο ερώτημα.
Για να καλύψουν αυτά τα κενά, κατέφυγαν αρχικά σε επιστημονικά μοντέλα. Ένα μεγάλο χάσμα επηρέασε τον πυρήνα του εξωπλανήτη.
Επιστημονικά μοντέλα πρότειναν ότι ο πυρήνας θα ήταν σχετικά μικρός και ψυχρός, είπε ο Sing.
“Αυτό ήταν ένα πραγματικό μυστήριο”, είπε, καθώς οι γίγαντες αερίου όπως ο Δίας και ο WASP 107b απαιτούν συνήθως τεράστιους πυρήνες για να συσσωρεύσουν όλο αυτό το αέριο. Αυτοί οι πυρήνες είναι επίσης συνήθως ζεστοί, διαφορετικά ένας ψυχρός πυρήνας θα τον συσπούσε φυσικά και θα μείωνε το μέγεθός του.
Ωστόσο, σύμφωνα με επιστημονικά μοντέλα, ο πυρήνας του WASP 107b είναι μικρότερος από όσο θα έπρεπε. Δεν είναι μεγαλύτερη από 4,6 φορές τη μάζα της Γης, είπε ο Sing.
Προφανώς λοιπόν οι αστρονόμοι δεν είχαν δει ολόκληρη την εικόνα.
Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι το JWST: το πιο ισχυρό τηλεσκόπιο που εκτοξεύτηκε ποτέ στο διάστημα. Χρησιμοποιώντας αυτή τη συσκευή, οι Sing και Welbanks ανακάλυψαν ότι οι προηγούμενες υποθέσεις σχετικά με το εσωτερικό του WASP 107b ήταν εντελώς λανθασμένες.
Κοιτάξτε κάτω από την επιφάνεια
Για να λύσουν το μυστήριο του WASP 107b, οι ομάδες του Welbanks και του Sing χρησιμοποίησαν το JWST για να αναλύσουν την ατμοσφαιρική σύνθεση του εξωπλανήτη.
Κάθε ομάδα εντόπισε μερικούς από τους συνήθεις ύποπτους, όπως διοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του θείου και υδρατμούς. Παραδόξως, ωστόσο, βρήκαν μια ασυνήθιστα μικρή ποσότητα μεθανίου.
Το μεθάνιο είναι ασταθές σε υψηλές θερμοκρασίες. Αλλά η θερμοκρασία της επιφάνειας του WASP 107b ήταν τόσο κρύα που θα έπρεπε να υπήρχε περισσότερο μεθάνιο από αυτό που παρατηρούσε το JWST.
Η πιο εύλογη απάντηση σε αυτό το παζλ μεθανίου είναι ότι το θερμό αέριο από το βαθύτερο εσωτερικό του εξωπλανήτη αναμειγνύεται βίαια με το ψυχρότερο αέριο κοντά στην επιφάνεια, κατέληξαν οι Welbanks και Sing.
«Με αυτές τις νέες μετρήσεις, είμαστε πραγματικά σε θέση να χρησιμοποιήσουμε ουσιαστικά το μεθάνιο ως θερμόμετρο στην ενδοχώρα και διαπιστώνουμε ότι είναι πολύ πιο ζεστό από το αναμενόμενο», είπε ο Σινγκ.
Οι δύο ομάδες δημοσίευσαν τις αντίστοιχες μελέτες τους στο περιοδικό Nature.
Το γεγονός ότι οι παρατηρήσεις του JWST πρότειναν ότι ο πυρήνας ήταν θερμότερος σήμαινε επίσης ότι ήταν πιθανότατα πολύ μεγαλύτερος, κάτι που θα εξηγούσε τη μεγάλη διάμετρο του WASP 107b. Στην πραγματικότητα, τόσο ο Sing όσο και ο Welbanks κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο πυρήνας είναι πολύ πιο ογκώδης από ό,τι είχε αρχικά υπολογιστεί.
Ωστόσο, οι μετρήσεις της πυρηνικής μάζας του Welbanks και του Sing διαφέρουν Αν και αυτή η διαφορά απαιτεί περαιτέρω μελέτη, και οι δύο μελέτες λένε ουσιαστικά την ίδια εικόνα, λέει ο Scott Gaudi, καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο.
«Το γεγονός ότι αυτό το πράγμα είναι πρησμένο οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην υψηλή εσωτερική θερμοκρασία», είπε ο Γκαουντί, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, αλλά είναι πρώην συνάδελφος και συν-συγγραφέας της εργασίας του Welbanks.
Η συνεργασία είναι το κλειδί
Αυτή η ξεκάθαρη εικόνα του εσωτερικού του WASP 107b δεν σημαίνει ότι οι αστρονόμοι δεν χρειάζεται πλέον να κάνουν ερωτήσεις σχετικά με αυτό το περίεργο σούπερ-πούφ. Ένα ερώτημα που απομένει είναι πώς ο πυρήνας αυτού του εξωπλανήτη έγινε τόσο ζεστός στην αρχή.
«Τι ακριβώς προκαλεί την υψηλή θερμοκρασία του σώματος δεν είναι ξεκάθαρο», είπε ο Γκαουντί. Αλλά ο Welbanks και ο Sing έχουν μια θεωρία – μια θεωρία που λέει ο Gaudi μπορεί να είναι σωστή.
Η τροχιά του WASP 107b γύρω από το μητρικό του άστρο είναι «έκκεντρη», που σημαίνει ότι δεν είναι απόλυτα κυκλική. Αυτή η έκκεντρη τροχιά συμπιέζει προσωρινά τον πλανήτη και «όπως όταν παίζετε με τη ζύμη στα χέρια σας και την μετακινείτε, ζεσταίνεται», εξήγησε ο Welbanks.
Αυτή η συμπίεση που παράγει θερμότητα ονομάζεται παλιρροϊκή θέρμανση. Ο Gaudi πιστεύει ότι είναι μια καλή εξήγηση για το γιατί ο πυρήνας του WASP 107b είναι τόσο πιο ζεστός από το αναμενόμενο.
Αλλά ο Γκαουντί έχει ακόμα κάποιες ερωτήσεις σχετικά με τους μηχανισμούς που κρύβονται πίσω από αυτήν την παλιρροιακή θέρμανση.
Για να θερμανθεί τόσο πολύ ο πυρήνας του WASP 107b λόγω της έκκεντρης τροχιάς του, για παράδειγμα, θα έπρεπε να διαχέει τη θερμότητα που προκαλείται από τις παλίρροιες πολύ αποτελεσματικά, είπε ο Γκαουντί.
Αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά που ο εξωπλανήτης «συμπιέζεται» καθώς περιστρέφεται γύρω από το αστέρι του, πολλή ενέργεια εισέρχεται στον πυρήνα. Σύμφωνα με τον Γκαουντί, αυτό σημαίνει επίσης ότι η τροχιά του εξωπλανήτη δεν πρέπει να παραμείνει έκκεντρη για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα – τελικά θα πρέπει να γίνει τέλεια κυκλική.
Γιατί λοιπόν η τροχιά του WASP 107b εξακολουθεί να είναι εκκεντρική; Ο Sing και ο Welbanks απλώς το ανακάλυψαν την κατάλληλη στιγμή ή υπάρχει κάτι άλλο που διατηρεί την λοξή τροχιά του εξωπλανήτη, όπως η βαρυτική έλξη ενός γειτονικού πλανήτη;
Η Welbanks και ο Sing σχεδιάζουν να εξερευνήσουν την έκκεντρη τροχιά του WASP 107b, την παλιρροιακή θέρμανση και άλλα ερωτήματα που απομένουν στο μέλλον.
Για τους Sing, Welbanks και Gaudi, το πιο σημαντικό μάθημα που μπορούν να πάρουν από αυτή τη δουλειά είναι ότι η συνεργασία οδηγεί στην επιτυχία.
«Στην εποχή της επιστήμης, όπου πολλά πράγματα δεν μπορούν να αναπαραχθούν, ήταν πολύ καθησυχαστικό το γεγονός ότι δύο ομάδες κατέληξαν στο ίδιο πράγμα αμέσως», είπε ο Σινγκ.
«Η επιστήμη μπορεί να γίνει καλύτερα και πιο ολοκληρωμένα όταν εργαζόμαστε μαζί», είπε ο Welbanks.
Διαβάστε το αρχικό άρθρο στο Business Insider