Med hjälp av Mid Infrared Instrument (MIRI) på James Webb Space Telescope (JWST) har ett internationellt team lett av tidigare MPIA-doktoranden Sebastian Zieba (nu vid Harvard & Smithsonian) och MPIA-direktören Laura Kreidberg undersökt ytsammansättningen på den steniga exoplaneten LHS 3844 b. De går bortom de vanliga atmosfärstudierna och gräver i geologin hos planeter som kretsar kring andra stjärnor – för varför skulle vårt solsystem ha allt roligt? Resultaten publiceras i Nature Astronomy.
LHS 3844 b är en stenig värld ungefär 30% större än jorden som rusar runt en sval röd dvärgstjärna på under 11 timmar. Den kretsar extremt nära sin stjärna – bara ungefär tre stjärndiametrar ovanför ytan – och är tidvattenlåst, vilket innebär att en sida permanent är vänd mot stjärnan medan den andra ruvar i evigt mörker. Dagsidan är i genomsnitt cirka 1000 Kelvin (ungefär 725°C eller 1340°F). Systemet är relativt nära, 48,5 ljusår (14,9 parsec) bort.
”Tack vare JWST:s fantastiska känslighet kan vi upptäcka ljus som kommer direkt från ytan på denna avlägsna steniga planet”, säger Kreidberg. ”Vi ser en mörk, het, karg sten, utan någon atmosfär.” Så inte direkt en semesterort.
Dess mörka utseende tyder på att den kan likna en överdimensionerad måne eller Merkurius. Denna slutsats kommer från analys av infraröd strålning som emitteras av planetens heta dagsida. Forskare kan inte direkt avbilda planeten; istället mäter de subtila ljusstyrkeförändringar från det kombinerade ljuset från stjärna och planet när den kretsar.
MIRI undersökte infraröd emission mellan 5 och 12 mikrometer och delade upp ljuset i mindre våglängdsintervall för att skapa ett spektrum – i princip en regnbåge som avslöjar hur ljuset är fördelat. Tidigare data från Spitzer Space Telescope stärkte analysen.
Teamet jämförde sina observationer med datormodeller och bibliotek av kända bergarter från jorden, månen och Mars. Dessa jämförelser visade att LHS 3844 b saknar en skorpa som jordens – som vanligtvis är rik på silikatmineraler som granit. Detta är inte förvånande, eftersom jorden är unik i solsystemet för att ha en sådan skorpa. På jorden bildas silikatrika skorpor genom långvarig tektonisk aktivitet och vatten, vilket involverar upprepad smältning och återvinning av bergarter.
”Eftersom LHS 3844 b saknar en sådan silikatskorpa kan man dra slutsatsen att jordliknande plattektonik inte gäller för denna planet, eller att den är ineffektiv”, säger Zieba. ”Denna planet innehåller sannolikt bara lite vatten.”
Istället för granit pekar data på en yta som består av basalt eller mantelliknande bergart, liknande vulkaniskt material som finns på jorden eller månen. Forskarna fann att stora områden av solid basalt eller magmatisk bergart bäst matchar data. Dessa bergarter är rika på magnesium och järn och kan innehålla olivin. Brutna bergartsfragment som grus passar också ganska bra, medan fina pulver eller damm ensamt inte matchar – de skulle vara för ljusa.
Utan en atmosfär som skyddar den är planeten ständigt utsatt för intensiv strålning och meteoritnedslag. Dessa processer bryter ner bergarter och förändrar dess yta.
”Det visar sig att dessa processer inte bara långsamt löser upp hårda bergarter till regolit, ett lager av fina korn eller pulver som finns på månen”, förklarade Zieba. ”De mörknar också lagret genom att tillföra järn och kol, vilket gör regolitens egenskaper mer förenliga med observationerna.”
Data stödjer två möjliga scenarier. För det första: ett landskap dominerat av solid basaltisk bergart som är relativt färsk, vilket tyder på nylig geologisk aktivitet som omfattande vulkanism. För det andra: en mörk yta formad av långvarig rymdpåverkan, vilket skapar omfattande lager av mörknad regolit liknande månen eller Merkurius – vilket innebär att planeten har varit geologiskt inaktiv under lång tid.
Dessa möjligheter skiljer sig främst i om planeten fortfarande är aktiv. På jorden frigör vulkaniska processer gaser som svaveldioxid (SO2). Om LHS 3844 b för närvarande var aktiv skulle MIRI sannolikt ha upptäckt denna gas. Ingen sådan signal hittades.