JWST studuje tmavou superzemi bez atmosféry

Existuje planeta s názvem LHS 3844 b, která obíhá kolem hvězdy vzdálené 48 světelných let. Satelit TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ji objevil v roce 2018, když planeta procházela přes kotouček své hvězdy. Vesmírný dalekohled Jamese Webba JWST planetu studoval a zjistil, že se jedná o pustý, skalnatý svět bez atmosféry.

Planeta, neformálně pojmenovaná Kua'kua, podle středoamerického slova pro „motýla“ z jazyka Bribri, je asi o 30 procent větší než Země (což z ní činí superzemi). Kolem své hvězdy, červeného trpaslíka (jménem Batsu), obíhá jednou za 11 hodin a nachází se na slapově uzamčené oběžné dráze. To znamená, že ke své hvězdě neustále přivrací stejnou polovinu. Tato těsná blízkost znamená, že denní strana Kua'kuy se prohřívá při konstantní teplotě 1000 kelvinů. Jak si dokážete představit, toto prostředí se nepodobá Zemi, kterou známe dnes. Ve skutečnosti se může spíše podobat Merkuru, jen je větší.

Tým výzkumníků vedený doktorandem Harvard University Sebstianem Ziebou a Laurou Kreidbergovou z Max Planckova institutu pro astronomii v Heidelbergu použil přístroj MIRI (Mid Infrared Intrument) na JWST k analýze složení povrchu Kua'kuy. Přístroj se často používá ke studiu atmosfér exoplanet, a také geologických vlastností povrchu těchto světů. „Díky úžasné citlivosti JWST můžeme detekovat světlo přicházející přímo z povrchu této vzdálené skalnaté planety,“ řekla Kreidbergová. „Vidíme tmavou, horkou, pustou skálu bez jakékoliv atmosféry.“

Pochopení Kua‘kuy z dat JWST
Přístroj MIRI na JWST studoval infračervené záření přicházející z horké denní strany planety, aby získal spektrum povrchu. Tým Zieby a Kreidbergové vytvořil modely a porovnal data JWST s knihovnami šablon hornin a minerálů známých ze Země, Měsíce a Marsu. To jim dalo dobrou představu o tom, co by mohlo produkovat infračervené podpisy pozorované na Kua'kua. Porovnání dat založených na pozorováních s týmovými výpočty s jistotou vyloučilo, že povrch Kua'kuy je podobný zemské kůře (která je typicky tvořena horninami bohatými na silikáty, jako je žula).

Obrázek vpravo ukazuje infračervené spektrum horké denní strany exoplanety LHS 3844 b odvozené z kontrastu jasnosti vzhledem k její hostitelské hvězdě v ppm (částic na milion = 0,0001 %) na různých vlnových délkách. Pozorovací data získaná vesmírnými dalekohledy JWST a Spitzer Telescope jsou v souladu s pláštěm nebo lávovou horninou, zatímco vylučují kůru podobnou Zemi.

Zjištění týmu nakonec odhalilo podrobnosti o geologické historii Kua'kuy. Předpokládá se, že kůry bohaté na silikáty podobné těm na Zemi vznikají dlouhodobým procesem zjemňování, který vyžaduje tektonickou aktivitu a obvykle se spoléhá na vodu jako mazivo. Kamenný materiál se opakovaně taví a tuhne, když se mísí s materiálem pláště, a lehčí minerály zůstávají na povrchu. „Vzhledem k tomu, že LHS 3844 b takovou silikátovou kůru postrádá, lze usoudit, že desková tektonika podobná Zemi se na tuto planetu nevztahuje, nebo je neúčinná,“ řekl Zieba. „Tato planeta pravděpodobně obsahuje jen málo vody.“

Kromě toho absence atmosféry naznačuje, že planeta nebyla geologicky aktivní po dlouhou dobu, protože vulkanismus produkuje plyny, které pomáhají formovat atmosféru.

Chůze po Kua'kua
Co kdybychom mohli cestovat po povrchu této planety? Jaký by byl? Nejspíše by mohl vypadat jako pozemský nebo měsíční čedič, tedy sopečného původu a bohatý na hořčík a železo. Mohlo by tam být hodně drceného materiálu, jako jsou kameny nebo štěrk. Pravděpodobně tam není mnoho práškovitého nebo písčitého materiálu, zatímco zrna nebo prášky jsou v rozporu s pozorováními kvůli jejich jasnějšímu vzhledu, alespoň na první pohled.

Bez ochranné atmosféry jsou planety vystaveny vesmírnému zvětrávání, které je převážně způsobeno tvrdým, energetickým zářením z hostitelské hvězdy a dopady meteoritů různých velikostí. „Ukazuje se, že tyto procesy nejen pomalu rozpouštějí tvrdé horniny na regolit, vrstvu jemných zrn nebo prášku, jaké se nacházejí na Měsíci,“ vysvětlil Zieba. „Také vrstvu ztmavují přidáním železa a uhlíku, díky čemuž jsou vlastnosti regolitu konzistentnější s pozorováními.“

Existují dva scénáře, jak by to na Kua'kua mohlo vypadat. Povrch by mohl být pokryt tmavou, pevnou horninou, možná jako důsledek nedávné sopečné činnosti. Vzhledem k tomu, že vesmírné zvětrávání se projevuje rychle a v infračerveném záření vypadá světlejší, podporuje to myšlenku čerstvě vytvořeného povrchu. Na druhou stranu je také možné, že takový tmavý povrch mohl být vytvořen dávno a prošel nedávným vesmírným zvětráváním, které ho pokrylo vrstvami ztmaveného regolitu. Ten existuje na našem Měsíci a jeho povrch je poměrně starý. Pokud je povrch Kua'kuy takový, pak v nedávné době nemusel být vulkanicky aktivní.

Více dat přinese lepší pochopení 
Zieba, Kreidbergová a jejich kolegové se již snaží vysvětlit podobu povrchu. Další pozorování pomocí JWST jim pravděpodobně poskytnou více informací o podmínkách na povrchu, aby mohli rozlišit, jak pevné povrchové desky a prášky vyzařují nebo odrážejí infračervené světlo. Drsnost povrchu například ovlivňuje množství záření přijímaného v daném úhlu pohledu. Pokračující pozorování tedy v průběhu času přinesou různé pohledy na stejné oblasti. Tento koncept se úspěšně aplikuje k charakterizaci asteroidů ve Sluneční soustavě. „Jsme si jisti, že stejná technika nám umožní objasnit povahu kůry LHS 3844 b a v budoucnu i dalších skalnatých exoplanet,“ řekla Kreidbergová.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/jwst-studies-a-dark-and-airless-super-earth

autor: František Martinek