_ O altă explicație pentru K2-18b ? Un mini-Neptun bogat în gaze, fără suprafață locuibilă

Exoplaneta K2-18b atrage multă atenție. Spectroscopia telescopului spațial James Webb arată că are carbon și metan în atmosfera sa. Aceste rezultate, împreună cu alte observații, sugerează că planeta ar putea fi o „Lume Hycean”, ipotezată îndelung. Dar noi cercetări contracă acest lucru.

În schimb, planeta ar putea fi un mini-Neptun gazos.

K2-18b se află în zona locuibilă a unei stele pitice roșii la aproximativ 134 de ani lumină. departe. Are aproximativ 2,6 razele Pământului și aproximativ 8,6 mase Pământului. Perioada sa orbitală este de numai 33 de zile, deci este aproape de steaua sa. Dar, din moment ce steaua este o pitică roșie slabă, K2-18b primește de la stea sa aproximativ aceeași cantitate de energie ca și Pământul de la soare.

Oamenii de știință sunt încă nedumeriți cu privire la densitatea și compoziția planetei. Densitatea sa este între densitățile Pământului și Neptun. Deoarece nu este predominant rocă precum Pământul sau toate gazele precum Neptun, asta a condus la speculații că este o lume hiceană (oceanică). Singurul mod în care oamenii de știință pot determina din ce este format K2-18b este să descopere ce se află în atmosfera sa.

Așa a făcut JWST, iar observațiile sale au descoperit o serie de substanțe chimice, inclusiv CO2 și metan. De asemenea, a constatat o lipsă de amoniac.

La începutul acestei luni, oamenii de știință au prezentat unele cercetări pe serverul de preprintare arXiv (Shorttle et al, 2024) pe baza constatărilor JWST. Lucrând cu modele de atmosferă climatică, acei cercetători au concluzionat că K2-18b este cel mai probabil o lume oceanică de magmă. „Modelul oceanului de magmă reproduce spectrul actual JWST al K2-18b”, au scris ei, „… sugerând că aceasta este o explicație la fel de credibilă pentru observațiile actuale precum planeta care găzduiește un ocean de apă lichidă.”

Dar o altă explicație. grupul de cercetători nu este de acord cu asta. Acei cercetători nu cred că planeta este o lume hycean sau o lume lavă. Ei au prezentat o lucrare, tot pe arXiv, intitulată „Observațiile JWST ale K2-18b pot fi explicate printr-un mini-Neptun bogat în gaze fără suprafață locuibilă”. Autorul principal este Nicholas Wogan, cercetător post-doctoral în Divizia de Științe Spațiale de la Centrul de Cercetare Ames al NASA. Wogan studiază Pământul timpuriu, precum și exoplanetele și astrobiologia.

JWST a găsit metan (CH4) și dioxid de carbon (CO2) în atmosfera K2-18b și, de asemenea, nu a detectat amoniac. Aceste rezultate indică în general o lume hiceană cu o atmosferă groasă de hidrogen/heliu. Dar analiza lui Shorttle și colab. a arătat contrariul, spunând că rezultatele ar putea arăta și o planetă cu o lume de magmă.

Noua lucrare de la Wogan și colab. ajunge la o concluzie diferită. „... favorizăm interpretarea mini-Neptun din cauza simplității sale relative și pentru că nu are nevoie de o biosferă sau altă sursă necunoscută de metan pentru a explica datele”, scriu ei.

În munca lor, cercetătorii a folosit modele fotochimice și climatice pentru a simula diferite versiuni ale K2-18b, inclusiv lumi hycean și un mini-Neptun bogat în gaze fără suprafață definită. Munca lor arată că modelul mini-Neptun, bogat în gaze, se potrivește cel mai bine datelor.

Există o complexitate extraordinară în atmosferele planetare și a afla ce se întâmplă de la o distanță atât de mare este o sarcină enormă. Nu numai că oamenii de știință trebuie să știe ce substanțe chimice sunt prezente (mulțumesc, JWST), dar trebuie să înțeleagă toate procesele care au loc. Temperatura și presiunea dintr-o atmosferă joacă un rol uriaș în ceea ce putem vedea și în ceea ce poate rămâne ascuns.

Un aspect al atmosferei lui K2-18b este supercriticitatea. Un fluid supercritic este unul care se află peste punctul său critic în temperatură și presiune. Deasupra acestui punct critic, nu există nici faze gazoase, nici faze lichide. Dar presiunea nu este suficient de mare pentru a forța materialul să devină solid. Jupiter și Saturn au fluide supercritice adânc în atmosfera lor și se comportă foarte diferit decât lichidele sau gazele. Asta adaugă un alt strat de complexitate.

Cercetătorii au modele climatice care întruchipează complexitatea cât mai bine pot, iar cercetătorii au comparat descoperirile JWST cu trei exoplanete modelate: o lume hycean nelocuabilă, o lume hycean locuibilă și un mini-Neptun gazos fără suprafață.

„Având în vedere obstacolele suplimentare în calea menținerii unui climat temperat stabil pe lumile Hycean din cauza evadării H2 și a potențialei supercriticități la adâncime, favorizăm interpretarea mini-Neptun datorită simplitate relativă și pentru că nu are nevoie de o biosferă sau de altă sursă necunoscută de metan pentru a explica datele”, scriu autorii.

Autorii subliniază că pentru ca o lume hycean să-și mențină 1% metan atmosferic, ar trebui să existe o sursă biogenă sau o altă sursă necunoscută. De asemenea, ei scriu că, dacă K2-18b este o lume hiceană, i-ar fi foarte dificil să evite efectul de seră fugitiv și să mențină o temperatură stabilă. Autorii elimină ipoteza hyceană pentru că este plină de provocări. Potrivit acestora, un scenariu gazos mini-Neptun se potrivește mai bine datelor și modelelor.

Ei indică atmosfera profundă a planetei pentru a explica descoperirile JWST. „Stingerea termochimică în atmosferă adâncă” poate explica metanul și dioxidul de carbon pe care le-a găsit JWST, iar cinetica atmosferei profunde, cum ar fi revărsarea, poate explica lipsa de amoniac și monoxid de carbon.

Acesta nu va fi ultimul cuvânt. K2-18b. Datele vor fi supuse unei analize ulterioare. Pe măsură ce efortul de a înțelege aceasta continuă, rezultatele vor întări și modelele noastre atmosferice și climatice existente. Într-o zi în viitor, oamenii de știință vor ști cum să diferențieze exoplanetele.

Dar deocamdată, ei încă își dau seama.

(Fluierul)