Astronomowie odkryli LHS 1140 b – egzoplanetę typu super-Ziemia

Naukowcy zbadali LHS 1140 b – egzoplanetę w ekosferze swojej gwiazdy, o umiarkowanym klimacie, która może być pokrytym wodą lub lodem globem typu super-Ziemia.

Badania przeprowadozne przez naukowców z Université de Montréal, wskazują, że egzoplaneta strefy zamieszkiwalnej, LHS 1140 b, nie jest prawdopodobnie mini-Neptunem, czyli małym gazowym olbrzymem – dużą planetą składają się głównie z gazu, z gęstą atmosferą bogatą w wodór, a raczej super-Ziemią, globem skalistym, ale większym od naszej planety. Znajdująca się w odległości około 48 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Wieloryba, jest jedną z najbardziej obiecujących znanych kandydatek na egzoplanetę w ekosferze, potencjalnie posiadającą atmosferę, a nawet ocean ciekłej wody.

Dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) zostały zebrane w grudniu 2023 r. i zestawione z wcześniejszymi, pozyskanymi z innych teleskopów kosmicznych Spitzer, Hubble i TESS, aby potwierdzić wyniki. Badanie zostało opublikowane w The Astrophysical Journal Letters.

„To pierwszy raz, kiedy widzimy ślad atmosfery na skalistej lub bogatej w lód egzoplanecie w ekosferze. Wykrywanie atmosfer na małych, skalistych światach jest głównym celem JWST, ale sygnały te są znacznie trudniejsze do zaobserwowania niż w przypadku atmosfer planet olbrzymów. LHS 1140 b jest jedną z najbardziej obiecujących małych egzoplanet w strefie nadającej się do zamieszkania, zdolną do utrzymania gęstej atmosfery i być może właśnie znaleźliśmy dowody na istnienie powietrza na tym świecie” – mówi Ryan MacDonald z Université de Montréal.

LHS 1140 b, egzoplaneta krążąca wokół czerwonego karła o niskiej masie, mniej więcej jednej piątej wielkości Słońca, zafascynowała naukowców, ponieważ jest jedną z najbliższych Układowi Słonecznemu egzoplanet, które znajdują się w ekosferze swojej gwiazdy. Globy znajdujące się w tej „strefie zamieszkiwalnej” mają temperatury, które pozwoliłyby na istnienie na nich wody w stanie ciekłym, co jest kluczowym elementem życia, jakie znamy.

Jednym z kluczowych pytań dotyczących LHS 1140 b, zdaniem astronomów, było to, czy jest to egzoplaneta typu mini-Neptun, czy super-Ziemia – skalista lub bogata w wodę planeta większa od Ziemi.

„Spośród wszystkich obecnie znanych egzoplanet o umiarkowanym klimacie, LHS 1140 b może być naszym najlepszym sposobem, aby pewnego dnia pośrednio potwierdzić istnienie ciekłej wody na powierzchni obcego świata poza naszym Układem Słonecznym. Jest to ważny krok w poszukiwaniu potencjalnie nadających się do zamieszkania egzoplanet” – twierdzi Charles Cadieux z Université de Montréal.

Zdaniem naukowców, analiza obserwacji zdecydowanie wykluczyła scenariusz mini-Neptuna, i sugeruje, że egzoplaneta LHS 1140 b jest super-Ziemią, która może nawet mieć atmosferę bogatą w azot. Jednak konieczne będą dodatkowe obserwacje za pomocą JWST, aby potwierdzić sygnaturę gazu azotowego.

Jak tłumaczą astronomowie, zgromadzone dane wskazują, że LHS 1140 b jest mniej gęsta niż oczekiwano od skalistej planety o składzie podobnym do Ziemi, co sugeruje, że 10 do 20 proc. jej masy może składać się z wody. Odkrycie to wskazuje, że LHS 1140 b jest możliwym kandydatem na wodny świat, prawdopodobnie przypominającym kulę śnieżną lub lodową planetę z potencjalnym ciekłym oceanem w obszarze powierzchni planety, który zawsze byłby skierowany w stronę gwiazdy macierzystej układu ze względu na synchroniczną rotację planety (podobnie jak księżyc Ziemi).

Analiza przeprowadzona przez badaczy, sugeruje, że egzoplaneta ma atmosferę bogatą w azot, potencjalnie podobną do ziemskiej, która składa się w 78 proc. z tego pierwiastka. Chociaż jest to wciąż tylko wstępny wynik, obecność atmosfery bogatej w azot sugerowałaby, że planeta utrzymuje warunki, które mogą wspierać wodę w stanie ciekłym.

Odkrycie to wskazuje, zdaniem astronomów, na scenariusz wodnego świata/kuli śnieżnej jako najbardziej prawdopodobny. Obecne modele wskazują, że jeśli LHS 1140 b posiadałaby atmosferę podobną do ziemskiej, byłaby to planeta-kula śnieżna z oceanem o średnicy około 4 tysięcy kilometrów (co odpowiada połowie powierzchni Oceanu Atlantyckiego). Temperatura powierzchni w centrum tego obcego zbiornika wodnego mogłaby wynosić nawet 20 stopni Celsjusza.

Potencjalna atmosfera LHS 1140 b i sprzyjające warunki dla ciekłej wody sprawiają, że jest ona wyjątkowym kandydatem do przyszłych badań nad możliwością zamieszkania na niej. Planeta ta stanowi wyjątkową okazję do zbadania świata, który mógłby wspierać życie, biorąc pod uwagę jej położenie w ekosferze i prawdopodobieństwo posiadania atmosfery, która może zatrzymać ciepło i wspierać stabilny klimat.

„To nasz pierwszy kuszący przebłysk atmosfery na super-Ziemi w strefie zamieszkiwalnej. W porównaniu z innymi znanymi egzoplanetami w ekosferach, takimi jak te w układzie TRAPPIST-1, gwiazda LHS 1140 wydaje się być spokojniejsza i mniej aktywna, co sprawia, że znacznie trudniej jest oddzielić atmosferę LHS 1140 b od sygnałów gwiezdnych spowodowanych przez plamy gwiazdowe” – podumowuje MacDonald.

Emil Gołoś