Rymdteleskop hittar tecken på atmosfär runt jordlik exoplanet

Tidigare har man spekulerat i att planeten saknar atmosfär, men med hjälp av nya observationer från rymdteleskopet James Webb har forskare från bland annat Stockholms universitetet kunnat studera atmosfären runt den jordlika stenplaneten.   

Artwork Credit: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)

– Hos exoplaneter, planeter utanför vårt solsystem, kan vi studera hur atmosfärer beter sig under andra förhållanden än de vi har på jorden eller ens i vårt solsystem, säger Alexis Brandeker som är universitetslektor på Institutionen för astronomi vid Stockholms universitet och medförfattare till studien. 

40 ljusår bort från vårt eget solsystem ligger exoplaneten 55 Cancri e. Den kretsar 65 gånger närmare sin stjärna än jorden kretsar kring solen, vilket resulterar i ett år som varar endast 17 timmar. Med närheten till stjärnan blir dagstemperaturen så hög att ytan smälter och förmodligen bildar en jättelik ocean av lava. Atmosfären runt planeter som kretsar nära sin stjärna påverkas starkt av stjärnvind, ett flöde av gas från en stjärnas övre atmosfär. Därför har det spekulerats i att atmosfären runt 55 Cancri e kanske helt eroderats, vilket skulle lämna planeten atmosfärslös. Men nu visar nya observationer med James Webb-teleskopet att planeten troligen har en atmosfär som är dominerad av koldioxid eller kolmonoxid.  

Återbildning av atmosfären

– Existensen av en atmosfär visar att den aktivt måste återbildas, kanske genom aktiv vulkanism driven av planetens närhet till stjärnan. Utan återbildning visar modeller nämligen att atmosfären inte skulle överleva särskilt länge, säger Alexis Brandeker.

Att studera atmosfären hos 55 Cancri e är utmanande till och med för James Webb-teleskopet. Planeten går inte att se direkt, men med hjälp av teleskopet har forskarna undersökt det infraröda ljuset som kommer från den del av planeten som är vänd mot sin stjärna. Detta gjorde de genom att observera en händelse som kallas ockultation, vilket inträffar när planeten passerar bakom stjärnan. Genom att jämföra skillnaden i ljus mellan när planeten är bakom stjärnan och när den är precis bredvid går det att räkna ut hur mycket av ljuset som kommer från planeten.  

Den internationella forskargruppen, ledd av Renyu Hu på Jet Propulsion Laboratory vid CalTech, utnyttjade nya metoder för att optimalt analysera data från James Webb-teleskopet. En av metoderna utvecklades i Stockholm av medförfattarna Alexis Brandeker och Jayshil Patel, doktorand vid Institutionen för astronomi. 

Oväntat aktiv atmosfär

Parallellt med observationsprogrammet utfördes James Webb-observationer av samma planet också av ett systerprogram vid Stockholms universitet. Syftet med det programmet är att studera hur atmosfären runt 55 Cancri e varierar med tiden genom att observera fyra ockultationer utspridda över ett halvår.

– Observationerna visar att atmosfären runt 55 Cancri e är oväntat aktiv, med en otrolig variabilitet som är svårförklarad. Om det beror på väder så är det extremare än vad vi sett någonstans i universum, säger Alexis Brandeker. 

Systerstudien, som leds av Alexis Brandeker och Jayshil Patel, är inskickad för granskning men är ännu inte publicerad.

– Bättre förståelse för hur atmosfärer beter sig hos exoplaneter ger oss mer robusta modeller för klimatutveckling och vilken typ av planeter vi kan förvänta oss att atmosfärer bildas på. Detta har också astrobiologiska konsekvenser, då studiet av atmosfärer är ett sätt att söka efter liv över astronomiska avstånd, avslutar Alexis Brandeker.

Läs den vetenskapliga artiklen i Nature: A Secondary Atmosphere on the Rocky Exoplanet 55 Cnc e