55 Cancri e'nin lavlarla kaplı yüzeyinden fışkıran gaz, karbondioksit veya karbon monoksit bakımından zengin bir atmosferi besleyebilir. Bu günlerde, Dünya'dan onlarca, hatta yüzlerce ışıkyılı uzaklıktaki bir gezegenin atmosferini tespit etmek o kadar da önemli görünmeyebilir. 

Bilim adamları son yirmi yılda düzinelerce dış gezegeni çevreleyen atmosferin izlerini buldular. İşin püf noktası, tüm bu gezegenlerin kalın, hidrojenin hakim olduğu ve incelenmesi nispeten kolay olan atmosferlere sahip olmasıdır. 

Bazı küçük, kayalık ötegezegenleri çevreleyen çok daha ince gaz örtüleri neredeyse kesin olarak ele geçmeyi sürdürdü. Araştırmacılar, kayalık bir gezegeni çevreleyen, uçucu maddeler açısından zengin bir atmosfere nihayet bir göz atmış olabileceklerini düşünüyorlar. 

Sıcak, yüksek radyasyona maruz kalan ötegezegen 55 Cancri e'nin yaydığı ışık, muhtemelen karbondioksit veya karbon monoksit bakımından zengin olan ve gezegenin yüzeyini kaplayan geniş bir lav okyanusundan köpüren bir atmosfere dair ikna edici kanıtlar gösteriyor. Sonuç, güneş sistemimizin dışındaki kayalık gezegen atmosferinin bugüne kadarki en iyi kanıtıdır.

 NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu'nu kullanan araştırmacılar, Dünya'dan 41 ışıkyılı uzaklıkta, sıcak kayalık bir ötegezegen olan 55 Cancri e'yi çevreleyen atmosferik gazları tespit etmiş olabilir . Bu, güneş sistemimiz dışında herhangi bir kayalık gezegen atmosferinin varlığına dair bugüne kadarki en iyi kanıttır. NASA'nın Pasadena, Kaliforniya'daki Jet Propulsion Laboratuvarı'ndan ( JPL ) Renyu Hu, 8 Mayıs'ta Nature dergisinde yayınlanan bir makalenin baş yazarıdır . Hu, "Webb, ötegezegen karakterizasyonunun sınırlarını kayalık gezegenlere doğru zorluyor" dedi. “Gerçekten yeni bir bilim türüne olanak sağlıyor.” 

Yengeç takımyıldızında, Güneş benzeri yıldız 55 Cancri'nin etrafında dönen bilinen beş gezegenden biridir. Çapı Dünya'nın neredeyse iki katı ve yoğunluğu biraz daha fazla olan gezegen, süper Dünya olarak sınıflandırılıyor: Dünya'dan daha büyük, Neptün'den daha küçük ve bileşim olarak muhtemelen güneş sistemimizdeki kayalık gezegenlere benzer.

Ancak 55 Cancri e'yi “kayalık” olarak tanımlamak yanlış bir izlenim bırakabilir. Gezegen, yıldızına o kadar yakın yörüngede dönüyor ki (yaklaşık 2,4 milyon mil veya Merkür ile Güneş arasındaki mesafenin yirmi beşte biri), yüzeyi muhtemelen erimiş, yani köpüren bir magma okyanusu . 

Bu kadar dar bir yörüngeye sahip olan gezegenin, gündüz tarafı her zaman yıldıza dönük, gece tarafı ise sürekli karanlıkta olacak şekilde gelgit açısından kilitlenmesi de muhtemeldir. Geçiş yaptığı 2011 yılında keşfedildiğinden bu yana yapılan çok sayıda gözleme rağmen , 55 Cancri e'nin bir atmosferi olup olmadığı , hatta yüksek sıcaklığı ve yıldızından gelen sürekli yıldız radyasyonu ve rüzgar saldırısı göz önüne alındığında böyle bir atmosfere sahip olup olamayacağı sorusu gündemde kaldı. cevapsız kaldı. 

New Mexico Üniversitesi'nde ötegezegen araştırmacısı ve çalışmanın ortak yazarı Diana Dragomir, "Bu gezegen üzerinde on yıldan fazla bir süredir çalışıyorum" dedi. "Aldığımız gözlemlerden hiçbirinin bu gizemleri sağlam bir şekilde çözememiş olması gerçekten sinir bozucu. Sonunda bazı yanıtlar alabildiğimiz için çok heyecanlıyım!” Tespit edilmesi nispeten kolay olan gaz devi gezegenlerin atmosferlerinden farklı olarak (ilki, NASA'nın Hubble Uzay Teleskobu tarafından yirmi yılı aşkın bir süre önce tespit edildi ), kayalık gezegenleri çevreleyen daha ince ve daha yoğun atmosferler, bulunması zor kaldı.

NASA'nın artık kullanımdan kaldırılan Spitzer Uzay Teleskobu'ndan elde edilen verileri kullanan 55 Cancri e ile ilgili daha önceki çalışmalar, oksijen, nitrojen ve karbondioksit gibi uçucu maddeler (Dünya'da gaz formunda meydana gelen moleküller) açısından zengin bir atmosferin varlığını öne sürüyordu. Ancak araştırmacılar başka bir olasılığı da göz ardı edemedi: Gezegenin, silikon, demir, alüminyum ve kalsiyum gibi elementler açısından zengin, buharlaşmış kayalardan oluşan ince bir örtü dışında çıplak olduğu. Hu, "Gezegen o kadar sıcak ki erimiş kayaların bir kısmının buharlaşması gerekiyor" diye açıkladı.

Bu ışık eğrisi, sistemdeki bilinen beş gezegenden en yakını olan kayalık gezegen 55 Cancri e yıldızın arkasında hareket ederken 55 Cancri sisteminin parlaklığındaki değişimi gösteriyor. Bu fenomene ikincil tutulma denir. Gezegen yıldızın yanındayken hem yıldızın hem de gezegenin gündüz tarafının yaydığı orta kızılötesi ışık teleskopa ulaşır ve sistem daha parlak görünür. Gezegen yıldızın arkasında olduğunda gezegenin yaydığı ışık engellenir ve teleskopa yalnızca yıldız ışığı ulaşır, bu da görünen parlaklığın azalmasına neden olur. Gökbilimciler, gezegenin gündüz tarafından ne kadar kızılötesi ışık geldiğini hesaplamak için yıldızın parlaklığını yıldız ve gezegenin toplam parlaklığından çıkarabilirler. Bu daha sonra gündüz sıcaklığını hesaplamak ve gezegenin bir atmosferi olup olmadığı sonucunu çıkarmak için kullanılıyor. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Aaron Bello-Arufe (NASA-JPL) 

 Ekip, iki olasılığı birbirinden ayırmak için Webb'in NIRCam'ini (Yakın Kızılötesi Kamera) ve MIRI'yi (Orta Kızılötesi Enstrüman) kullanarak gezegenden gelen 4 ila 12 mikron arasındaki kızılötesi ışığı ölçtü. Webb, 55 Cancri e'nin doğrudan görüntüsünü yakalayamasa da, gezegen yıldızın yörüngesinde dönerken sistemden gelen ışıkta meydana gelen hafif değişiklikleri ölçebiliyor.

Ekip, gezegen yıldızın arkasındayken (yalnızca yıldız ışığı) ikincil tutulma sırasındaki parlaklığı (yukarıdaki resme bakın), gezegen yıldızın hemen yanındayken (yıldız ve gezegenden gelen ışık birlikte) parlaklıktan çıkararak, şu sonuca vardı: Gezegenin gündüz tarafından gelen çeşitli dalga boylarındaki kızılötesi ışığın miktarını hesaplayabiliyoruz. İkincil tutulma spektroskopisi olarak bilinen bu yöntem, diğer araştırma ekipleri tarafından TRAPPIST-1 b gibi diğer kayalık dış gezegenlerdeki atmosferleri aramak için kullanılan yönteme benzer .

Webb'in NIRCam (Yakın Kızılötesi Kamera) tarafından Kasım 2022'de ve MIRI (Orta Kızılötesi Cihaz) tarafından Mart 2023'te yakalanan bir termal emisyon spektrumu, yayılan kızılötesi ışığın (x ekseni) farklı dalga boylarının parlaklığını (y ekseni) gösterir. süper Dünya ötegezegeni 55 Cancri e tarafından. Spektrum, gezegenin sadece buharlaşmış kayalar değil, karbondioksit veya karbon monoksit ve diğer uçucu maddeler açısından da zengin bir atmosferle çevrili olabileceğini gösteriyor. 

Grafik, NIRCam (turuncu noktalar) ve MIRI (mor noktalar) tarafından toplanan verileri iki farklı modelle karşılaştırır. Kırmızı renkli Model A, buharlaşmış kayadan oluşan bir atmosfere sahipse 55 Cancri e'nin emisyon spektrumunun nasıl görünmesi gerektiğini gösteriyor. Mavi renkli Model B, gezegenin, Dünya'nın mantosuyla benzer uçucu içeriğe sahip bir magma okyanusundan çıkan uçucu maddeler açısından zengin bir atmosfere sahip olması durumunda emisyon spektrumunun nasıl görünmesi gerektiğini gösterir. Hem MIRI hem de NIRCam verileri uçucu zengin modelle tutarlıdır. Gezegenin yaydığı orta-kızılötesi ışık miktarı (MIRI), gezegenin gündüz tarafı sıcaklığının, ısıyı gündüz tarafından gece tarafına dağıtacak bir atmosfere sahip olmasaydı olacağından önemli ölçüde daha düşük olduğunu gösteriyor. Spektrumun 4 ila 5 mikron arasındaki düşüşü (NIRCam verileri), bu dalga boylarının atmosferdeki karbon monoksit veya karbondioksit molekülleri tarafından emilmesiyle açıklanabilir. 

Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Renyu Hu (NASA-JPL), Aaron Bello-Arufe (NASA-JPL), Michael Zhang (Chicago Üniversitesi), Mantas Zilinskas (SRON) Beklenenden Daha Soğuk 55 Cancri e'nin önemli bir atmosfere sahip olabileceğinin ilk göstergesi, termal emisyonuna (yukarıdaki resme bakın) veya kızılötesi ışık biçiminde verilen ısı enerjisine dayalı sıcaklık ölçümlerinden geldi. Gezegen, ince bir buharlaşmış kaya örtüsüne sahip koyu renkli erimiş kayayla kaplıysa veya hiç atmosfer yoksa, gündüz tarafı yaklaşık 4.000 Fahrenheit ( ~2.200 santigrat derece ) olmalıdır.

Hu, "Bunun yerine, MIRI verileri yaklaşık 2.800 Fahrenheit (~1540 santigrat derece) civarında nispeten düşük bir sıcaklık gösterdi" dedi. "Bu, enerjinin büyük olasılıkla uçucu madde bakımından zengin bir atmosfer tarafından gündüz tarafından gece tarafına dağıtıldığının çok güçlü bir göstergesidir." Lav akıntıları bir miktar ısıyı gece tarafına taşısa da, soğutma etkisini açıklayacak kadar verimli bir şekilde hareket ettiremezler. 

Ekip NIRCam verilerine baktığında uçucu madde bakımından zengin bir atmosferle tutarlı desenler gördü." Spektrumda 4 ila 5 mikron arasında bir düşüşün kanıtını görüyoruz; bu ışığın daha azı teleskopa ulaşıyor," diye açıkladı yine NASA JPL'den ortak yazar Aaron Bello-Arufe. "Bu, ışığın bu dalga boylarını emen, karbon monoksit veya karbondioksit içeren bir atmosferin varlığını gösteriyor."

 Atmosferi olmayan veya yalnızca buharlaşmış kayalardan oluşan bir atmosfere sahip bir gezegen, bu spesifik spektral özelliğe sahip olmayacaktır. Leiden Gözlemevi ve Hollanda Uzay Araştırmaları Enstitüsü'nden (SRON) ortak yazar Yamila Miguel, "Son on yılı farklı senaryoları modelleyerek, bu dünyanın nasıl görünebileceğini hayal etmeye çalışarak geçirdik" dedi. "Sonunda çalışmalarımızın onayını almak paha biçilemez!"

Köpüren Magma Okyanusu Ekip, 55 Cancri e'yi kaplayan gazların, gezegen oluştuğundan beri mevcut olmak yerine, iç kısımdan köpürerek dışarı çıktığını düşünüyor. Bello-Arufe, "Yıldızdan gelen yüksek sıcaklık ve yoğun radyasyon nedeniyle birincil atmosfer çoktan yok olmuş olacak" dedi. "Bu, magma okyanusu tarafından sürekli olarak yenilenen ikincil bir atmosfer olacaktır. 

Magma yalnızca kristaller ve sıvı kayalardan ibaret değildir; içinde de çok miktarda çözünmüş gaz var.” 55 Cancri e yaşanabilir olamayacak kadar sıcak olsa da araştırmacılar bunun atmosferler, yüzeyler ve kayalık gezegenlerin iç kısımları arasındaki etkileşimleri incelemek için benzersiz bir pencere sağlayabileceğini ve belki de Dünya, Venüs ve Mars'ın erken dönem koşullarına dair bilgiler sağlayabileceğini düşünüyor . çok geçmişte magma okyanuslarıyla kaplı olduğu düşünülüyor. 

Hu, "Sonuçta, kayalık bir gezegenin gaz açısından zengin bir atmosfere sahip olmasını hangi koşulların mümkün kıldığını anlamak istiyoruz: bu, yaşanabilir bir gezegen için temel bir bileşendir" dedi. Bu araştırma, Webb'in Genel Gözlemciler (GO) Programı 1952'nin bir parçası olarak gerçekleştirildi. 55 Cancri e'nin ek ikincil tutulma gözlemlerinin analizi şu anda devam ediyor.