Jedna z najbliższych nam egzoplanet w konstelacji Raka, odkryta po raz pierwszy w 2004 roku, stała się ostatnio ogniskiem teleskopów kosmicznych Hubble, Spitzer i największych naziemnych obserwatoriów. Dzięki nowym instrumentom astronomicznym i algorytmom analizy danych możliwe było obecnie określenie obecności i składu jego atmosfery. W przypadku egzoplanet z klasy „superziemi” taka praca została wykonana po raz pierwszy.
Gwiazda podwójna 55 Rak od dawna przyciąga uwagę. Jest widoczny na niebie gołym okiem, ponieważ znajduje się zaledwie 40,9 lat świetlnych od nas i ma jasność 0,6 słońca. Główna gwiazda w tym układzie należy do tego samego głównego typu widmowego (GxV) co Słońce. Jego masa jest również zbliżona do masy Słońca, a wokół niego krąży co najmniej pięć planet. Każdy z nich został wykryty za pomocą spektroskopii dopplerowskiej. Następnie odkrycie egzoplanet zostało potwierdzone za pomocą obserwacji przeprowadzonych na orbitujących i największych obserwatoriach naziemnych.
Spośród wszystkich egzoplanet odkrytych w gwieździe podobnej do Słońca, największą uwagę astronomów przyciąga obecnie 55 Rak e. Jest to super-ziemia o wysokiej zawartości węgla. Przy masie Ziemi 8,37 i promieniu 2,17 razy większym niż Ziemia, w jej wnętrzu muszą zostać stworzone warunki do intensywnego tworzenia się diamentów. Według pierwotnych szacunków ich łączna objętość przekracza rozmiar Ziemi. Dodatkowe zainteresowanie egzoplanetą wynikało z faktu, że modele matematyczne przewidywały obecność gęstej atmosfery z dużym prawdopodobieństwem zawartości pary wodnej.
Kosmiczny Teleskop Hubble'a (Zdjęcie: nasa.gov).
Przez długi czas próbowali potwierdzić lub zaprzeczyć tym danym, określając parametry planety, jej możliwy skład i pochodzenie. Od 2014 roku wykorzystuje się do tego najbardziej zaawansowany instrument Kosmicznego Teleskopu Hubble'a - kamerę WFC3. Jednak obserwacje w świetle widzialnym i bliskiej podczerwieni pozwoliły określić jedynie regularne tranzyty egzoplanety na tle gwiazdy macierzystej, bez dostarczania nowych informacji.
Naukowcom pomogła udana lokalizacja egzoplanety 55 Cancer e. Ponieważ jest 64 razy bliżej swojej gwiazdy niż Ziemia do Słońca, trwa tylko 18 godzin w roku, a powierzchnia nagrzewa się do 2000 K. Z powodu silnego ogrzewania jarzy się w średniej podczerwieni. Rzadko spotykana na planetach jasność w podczerwieni umożliwia jej badanie nie tylko za pomocą obserwacji w zakresie optycznym, ale także aparatem orbitalnego teleskopu Spitzera.
Teleskop kosmiczny Spitzera (zdj.: NASA / JPL-Caltech).
Połączone dane zebrane przez teleskopy kosmiczne Hubble'a i Spitzera oraz obserwatoria naziemne pozwoliły naukowcom z University College London ocenić skład obwiedni gazowej egzoplanety. Metody analizy spektralnej składu chemicznego są szeroko stosowane do badania gwiazd i atmosfery planet Układu Słonecznego, ale dla odległej superziemi po raz pierwszy okazały się równie pouczające.
Film promocyjny:
W atmosferze egzoplanety 55 Rak znaleziono duże ilości wodoru i helu. Prawdopodobnie wcześnie uchwyciła te lekkie pierwiastki z chmury zjonizowanego gazu podczas formowania się lokalnego słońca. Pomimo wszystkich oczekiwań i wstępnych obliczeń, para wodna w atmosferze egzoplanety nie została jeszcze wykryta, nawet w śladowych ilościach.
Z powodu intensywnego ogrzewania przez gwiazdę 55 Rak A, skorupa super-Ziemi stale topi się w ciągu dnia i ledwo ma czas na ochłodzenie w nocy. Przy rosnących strumieniach ciepła cząsteczki węgla i jego związków, głównie nieorganicznych, nieustannie przedostają się do atmosfery. W trakcie różnych reakcji powstają głównie tlenki, cyjanowodór (opary cyjanowodoru) i acetylen. Przewaga tlenku węgla nad dwutlenkiem węgla wskazuje na wysoki stosunek węgla do tlenu. „Obecność cyjanowodoru i innych odkrytych przez nas cząsteczek może zostać potwierdzona za kilka lat przez kolejne generacje teleskopów podczerwonych. W tym przypadku otrzymamy nowe dowody na to, że ta planeta jest niezwykle bogata w węgiel i ogólnie bardzo nietypowa”- skomentował jeden z autorów badania, Jonathan Tennyson (Jonathan Tennyson).
Andrey Vasilkov