Kuvittele, että löydät veden raskaamman serkun maailmasta 700 valovuoden päästä. Tämä on provosoiva vihje, joka nousee uusista James Webb -avaruusteleskoopin havainnoista paisuneesta kaasujättiläisestä WASP-39b.
Webb-observatorio rakennettiin etsimään heikkoja infrapunasormenjälkiä, ja nämä sormenjäljet kertovat tarinaa ylimääräistä massaa sisältävistä molekyyleistä, vedestä joka sisältää deuteriumia, vedyn raskaampaa isotoppia. Tutkijat mallinsivat planeetan transmissiospektrin ja sanovat havaitsevansa piirteitä, jotka vastaavat puoliraskasta vettä, HDO.
Miksi yksi neutroni on merkityksellinen? Koska deuteriumin ja vedyn suhde, D/H-arvo, on kemiallinen aikakapseli. Se voi paljastaa, oliko planeetan vesi muodostunut paikallisesti, vedetty sisään migraation aikana vai muuntunut kevyiden molekyylien hitaasta menetyksestä avaruuteen. Lyhyt lause. Suuret seuraukset.
Puoliraskas vesimolekyyli koostuu yhdestä vetyatomista, yhdestä deuteriumatomista ja yhdestä happiatomista (punaisena).
WASP-39b ei ole ystävällinen paikka. Se kiertää erittäin lähellä aurinkotyyppistä tähteä, pullistuu voimakkaan lämmön ja säteilyn vaikutuksesta ja saavuttaa noin tuhannen celsiusasteen lämpötiloja. Matalan painovoiman ja voimakkaan tähtisäteilyn takia atmosfäärin karkaaminen muokkaa merkittävästi sen koostumusta. Jos kevyempi H2O höyrystyy etusijalla, jäljelle jäävä kaasukehä rikastuu suhteellisesti HDO:lla.
Vaihtoehtoisesti planeetta on saattanut syntyä kauempana protoplanetaarisessa kiekossaan, niin kutsutun lumirajan ulkopuolella, missä jääpeitteet ovat runsaita ja kantavat luonnostaan korkeampaa deuteriumtasoa. Migroiva planeetta, joka kerää vesipitoisia kiinteitä aineksia kylmiltä alueilta, saapuisi tähtensä läheisyyteen jo tuon isotoppisen sormenjäljen mukanaan tuomana. Molemmat reitit, atmosfäärin karkaaminen tai migraatio, ovat mahdollisia. Molemmat jättäisivät samanlaisen kemiallisen jäljen.
WASP-39b:n transmissiospektri, jonka avulla tähtitieteilijät voivat määrittää eksoplaneetan ilmakehän. Y-akseli näyttää WASP-39b:n estämän ja sen ilmakehässä absorboiman valon määrän, kun taas tietyt aallonpituudet (x-akseli) vastaavat eri molekyylejä.
Miten tiimi päätyi tähän johtopäätökseen? Vertaamalla useita ilmakehämalleja JWST:n yksityiskohtaiseen transmissiospektriin WASP-39b:stä ottaen huomioon lämpötilarakenteen, pilvet ja eri molekyylien infrapunasäteilyn absorptiot. Tämä planeetta on harvinainen ylellisyys eksoplaneettikemisteille: se on havaittu kaikilla Webb-teleskoopin neljällä pääinstrumentilla, mikä tuotti tutkijoiden mukaan yksityiskohtaisimman koskaan saadun transmissiospektrin vieraasta maailmasta.
Vertailu eri taivaankappaleiden ja komponenttien D/H-suhteesta sekä HDO:n suhteesta H2O:hon.
Tulos: arvioitu D/H-suhde on selvästi korkeampi kuin mitä näemme aurinkokuntamme kaasujättiläisillä. Tämä ero on vihje, ei tuomio. Ilmakehän sekoittuminen, isäntätähden ajama fotokemia ja epävarmuudet malliparametreissa voivat kaikki vaikuttaa arvioituun suhteeseen. Kirjoittajat myöntävät nämä varaukset ja korostavat lisää mallintamisen ja seurantahavaintojen tarvetta.
Toinen tärkeä näkökulma on tämä. HDO:lla on tunnusomainen spektraalinen piirre, joka tekee siitä yhden helpoimmista isotopologeista kaukokartoituksen kannalta. Jos Webb pystyy havaitsemaan puoliraskasta vettä erittäin kuumassa kaasujättiläisessä, samanlaiset menetelmät voivat joskus paljastaa deuteriumin rikastumista viileämmillä, kivisillä maailmoilla, joilla vesi tai sen historia vaikuttaa elinkelpoisuuskysymyksiin.
WASP-39b, joka löydettiin vuonna 2011, pyörii yli 20 kertaa lähempänä aurinkotyyppistä tähteään kuin me olemme oman aurinkonkaltaisen tähtemme ympärillä. Tästä läheisyydestä huolimatta sillä voi olla kolme kertaa enemmän vettä kuin paljon viileämmällä Saturnuksellamme.
Toistaiseksi WASP-39b ei ole elämän ehdokas. Se on laboratorio. Kiehuneva sellainen. Havaitseminen, joka raportoitiin hiljattain arXivissa julkaistussa esijulkaisussa, avaa uuden tutkimussuunnan: voimmeko käyttää isotoppisuhteita planeettakohtaisina sormenjälkinä jäljittämään, missä ja miten eksoplaneettojen ilmakehät muotoutuivat ja kehittyivät?
Yksikään yksittäinen havainto ei sulje tätä kirjaa. Mutta jokainen spektroskooppinen jälki lisää sivun, ja Webb kirjoittaa nopeammin kuin yksikään aiempi teleskooppi.
"Olen ravitsemustieteilijä ja haluan auttaa ihmisiä syömään paremmin. Genomissa jaan tutkimuksiin perustuvia vinkkejä ravinnosta ja elämäntavoista."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.