Korzystając z instrumentu MIRI (Mid Infrared Instrument) na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba (JWST), międzynarodowy zespół kierowany przez byłego doktoranta MPIA Sebastiana Ziebę (obecnie Harvard & Smithsonian) oraz dyrektor MPIA Laurę Kreidberg przyjrzał się składowi powierzchni skalistej egzoplanety LHS 3844 b. Wykraczając poza zwykłe badania atmosfer, ta praca zagłębia się w geologię planet krążących wokół innych gwiazd – bo czemu nasz Układ Słoneczny miałby mieć całą zabawę? Wyniki ukazały się w Nature Astronomy.

LHS 3844 b to skalisty świat około 30% większy od Ziemi, który okrąża chłodnego czerwonego karła w mniej niż 11 godzin. Orbituje niezwykle blisko swojej gwiazdy – tylko około trzech średnic gwiazdowych nad powierzchnią – i jest związany pływowo, co oznacza, że jedna strona stale zwrócona jest w stronę gwiazdy, podczas gdy druga pogrąża się w wiecznej ciemności. Strona dzienna ma średnio około 1000 kelwinów (około 725°C lub 1340°F). Układ znajduje się stosunkowo blisko, bo 48,5 roku świetlnego (14,9 parseka) stąd.

„Dzięki niesamowitej czułości JWST możemy wykryć światło pochodzące bezpośrednio z powierzchni tej odległej skalistej planety” – powiedziała Kreidberg. „Widzimy ciemną, gorącą, jałową skałę, pozbawioną atmosfery”. Czyli nie jest to miejsce na wakacje.

Jej ciemny wygląd sugeruje, że może przypominać przerośnięty Księżyc lub Merkurego. Wniosek ten pochodzi z analizy promieniowania podczerwonego emitowanego przez gorącą dzienną stronę planety. Naukowcy nie mogą bezpośrednio obrazować planety; zamiast tego mierzą subtelne zmiany jasności pochodzące z połączonego światła gwiazdy i planety podczas jej orbity.

MIRI badał emisję podczerwieni między 5 a 12 mikrometrów, dzieląc światło na mniejsze przedziały długości fal, aby stworzyć widmo – zasadniczo tęczę, która ujawnia, jak rozłożone jest światło. Wcześniejsze dane z Kosmicznego Teleskopu Spitzera wzmocniły analizę.

Zespół porównał swoje obserwacje z modelami komputerowymi i bibliotekami znanych skał z Ziemi, Księżyca i Marsa. Porównania te wykazały, że LHS 3844 b brakuje skorupy podobnej do ziemskiej – która jest zazwyczaj bogata w minerały krzemianowe, takie jak granit. Nie jest to zaskakujące, ponieważ Ziemia jest wyjątkowa w Układzie Słonecznym pod względem posiadania takiej skorupy. Na Ziemi skorupy bogate w krzemiany powstają w wyniku długotrwałej aktywności tektonicznej i obecności wody, obejmującej wielokrotne topnienie i recykling skał.

„Ponieważ LHS 3844 b brakuje takiej skorupy krzemianowej, można wnioskować, że tektonika płyt podobna do ziemskiej nie ma zastosowania do tej planety lub jest nieskuteczna” – powiedział Zieba. „Ta planeta prawdopodobnie zawiera tylko niewiele wody”.

Zamiast granitu dane wskazują na powierzchnię złożoną z bazaltu lub skał podobnych do płaszcza, podobnych do materiału wulkanicznego występującego na Ziemi lub Księżycu. Naukowcy odkryli, że duże obszary stałego bazaltu lub skał magmowych najlepiej pasują do danych. Skały te są bogate w magnez i żelazo i mogą zawierać oliwin. Fragmenty skał, takie jak żwir, również pasują całkiem dobrze, podczas gdy drobne proszki lub pył sam w sobie nie pasują – byłyby zbyt jasne.

Bez atmosfery chroniącej planetę jest ona stale narażona na intensywne promieniowanie i uderzenia meteorytów. Procesy te rozkładają skały i zmieniają ich powierzchnię.

„Okazuje się, że procesy te nie tylko powoli rozpuszczają twarde skały w regolit, warstwę drobnych ziaren lub proszku, jak na Księżycu” – wyjaśnił Zieba. „Przyciemniają również warstwę poprzez dodawanie żelaza i węgla, czyniąc właściwości regolitu bardziej zgodnymi z obserwacjami”.

Dane wspierają dwa możliwe scenariusze. Po pierwsze: krajobraz zdominowany przez stałą skałę bazaltową, która jest stosunkowo świeża, co sugeruje niedawną aktywność geologiczną, taką jak powszechny wulkanizm. Po drugie: ciemna powierzchnia ukształtowana przez długotrwałe wietrzenie kosmiczne, tworzące rozległe warstwy przyciemnionego regolitu podobnego do Księżyca lub Merkurego – co sugeruje, że planeta była nieaktywna geologicznie przez długi czas.

Te możliwości różnią się głównie tym, czy planeta jest nadal aktywna. Na Ziemi procesy wulkaniczne uwalniają gazy, takie jak dwutlenek siarki (SO2). Gdyby LHS 3844 b była obecnie aktywna, MIRI prawdopodobnie wykryłby ten gaz. Nie znaleziono takiego sygnału.