infos.ro

Este posibil ca oceanele de lavă să nu explice luminozitatea unor super-Pământuri fierbinți | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Probabil că unele dintre cele mai ciudate și extreme planete dintre cele peste 4.000 de exoplanete descoperite până în prezent sunt super-Pământurile fierbinți – lumi stâncoase, arzătoare, care se apropie atât de precar de stelele gazdă, încât unele dintre suprafețele lor sunt probabil mări topite de lava topita.

Aceste lumi de foc, de dimensiunea Pământului, sunt cunoscute mai evocator ca „planete oceanice de lavă”, iar oamenii de știință au observat că câteva dintre aceste super-Pământuri fierbinți sunt neobișnuit de luminoase și, de fapt, mai strălucitoare decât propria noastră planetă albastră strălucitoare.

Nu este clar motivul exact pentru care aceste bile de foc îndepărtate sunt atât de strălucitoare, dar noi dovezi experimentale ale oamenilor de știință de la MIT arată că strălucirea neașteptată din aceste lumi probabil nu se datorează nici lavei topite, nici sticlei răcite (adică lavei solidificate rapid) de pe suprafețele lor.

Cercetătorii au ajuns la această concluzie după ce au interogat problema într-un mod revigorant de direct: topirea rocilor într-un cuptor și măsurarea luminozității lavei rezultate și a sticlei răcite, pe care apoi le-au folosit pentru a calcula luminozitatea regiunilor unei planete acoperite cu topiți sau sticlă. material solidificat. Rezultatele lor au dezvăluit că lava și sticla, cel puțin ca produs al materialelor pe care le-au topit în laborator, nu sunt suficient de reflectorizante pentru a explica luminozitatea observată a anumitor planete lavă-ocean.

Descoperirile lor sugerează că super-Pământurile fierbinți pot avea și alte caracteristici surprinzătoare care contribuie la luminozitatea lor, cum ar fi atmosferele bogate în metale și norii foarte reflectorizați.

„Avem încă atât de multe de înțeles despre aceste planete lavă-ocean”, spune Zahra Essack, un student absolvent la Departamentul de Științe Pământului, Atmosferice și Planetare al MIT. „Ne-am gândit la ele ca doar niște bile strălucitoare de rocă, dar aceste planete pot avea sisteme complexe de procese de suprafață și atmosferice, care sunt destul de exotice și nu am mai văzut vreodată.”

Essack este primul autor al unui studiu care detaliază rezultatele echipei, care apare astăzi în Jurnalul Astrofizic. Co-autorii ei sunt fostul post-doctorat MIT Mihkel Pajusalu, care a jucat un rol esențial în configurarea inițială a experimentului, și Sara Seager, profesor de Științe Planetare din clasa 1941, cu numiri în departamentele de Fizică și Aeronautică și Astronautică.

Mai mult decât bile de cărbune

Super-Pământurile fierbinți au între una și 10 ori masa Pământului și au perioade orbitale extrem de scurte, înconjurând steaua gazdă în doar 10 zile sau mai puțin. Oamenii de știință s-au așteptat ca aceste lumi de lavă să fie atât de aproape de steaua lor gazdă încât orice atmosferă și nori apreciabile să fie îndepărtate. Ca rezultat, suprafețele lor ar fi de cel puțin 850 kelvin, sau 1.070 de grade Fahrenheit – suficient de fierbinte pentru a acoperi suprafața oceanelor de rocă topită.

Oamenii de știință au descoperit anterior o mână de super-Pământuri cu albedo sau luminozitate neașteptat de mare, în care reflectau între 40 și 50 la sută din lumina de la stea lor. În comparație, albedo-ul Pământului, cu toate suprafețele reflectorizante și norii, este de doar aproximativ 30%.

„Te-ai aștepta ca aceste planete de lavă să fie un fel de bile de cărbune care orbitează în spațiu – foarte întunecate, deloc luminoase”, spune Essack. „Deci, ce le face atât de strălucitoare?”

O idee a fost că lava în sine ar putea fi principala sursă a luminozității planetelor, deși nu a existat niciodată vreo dovadă, nici prin observații, fie prin experimente.

„Așa că fiind oameni de la MIT, am decis, bine, ar trebui să facem niște lavă și să vedem dacă este strălucitoare sau nu”, spune Essack.

Făcând lavă

Pentru a produce mai întâi lavă, echipa avea nevoie de un cuptor care ar putea atinge temperaturi suficient de ridicate pentru a topi bazalt și feldspat, cele două tipuri de roci pe care le-au ales pentru experimentele lor, deoarece sunt materiale bine caracterizate, care sunt comune pe Pământ.

După cum se dovedește, inițial nu au trebuit să caute mai departe decât turnătoria de la MIT, un spațiu din cadrul Departamentului de Știința și Inginerie a Materialelor, unde metalurgiști instruiți îi ajută pe studenți și cercetători să topească materialele în cuptorul turnătoriei pentru cercetare și proiecte de clasă.

Essack a adus mostre de feldspat la turnătorie, unde metalurgiștii au determinat tipul de creuzet în care să le așeze și temperaturile la care trebuiau încălzite.

„Îl aruncă în cuptor, lasă pietrele să se topească, îl scot și apoi întregul loc se transformă într-un cuptor în sine – este foarte fierbinte”, spune Essack. „Și a fost o experiență incredibilă să stai lângă această lavă strălucitoare și strălucitoare, simțind acea căldură.”

Cu toate acestea, experimentul s-a lovit rapid de un obstacol: lava, odată scoasă din cuptor, s-a răcit aproape instantaneu într-un material neted, sticlos. Procesul a avut loc atât de repede încât Essack nu a fost capabil să măsoare reflectivitatea lavei în timp ce era încă topită.

Așa că a dus sticla de feldspat răcită la un laborator de spectroscopie pe care l-a proiectat și implementat în campus pentru a-și măsura reflectanța, luminând sticla din diferite unghiuri și măsurând cantitatea de lumină care se reflectă înapoi de la suprafață. Ea a repetat aceste experimente pentru sticlă de bazalt răcită, mostre din care au fost donate de colegii de la Universitatea Syracuse care conduc Proiectul Lava. Seager i-a vizitat acum câțiva ani pentru o versiune preliminară a experimentului și, la acea vreme, a colectat mostre de bazalt folosite acum pentru experimentele lui Essack.

„Au topit o grămadă imensă de bazalt și l-au turnat pe o pantă și l-au cioplit pentru noi”, spune Seager.

După ce a măsurat luminozitatea sticlei de bazalt și feldspat răcit, Essack a căutat prin literatură pentru a găsi măsurători de reflectivitate a silicaților topiți, care sunt o componentă majoră a lavei de pe Pământ. Ea a folosit aceste măsurători ca referință pentru a calcula cât de strălucitoare ar fi lava inițială din sticla de bazalt și feldspat. Ea a estimat apoi luminozitatea unui super-Pământ fierbinte acoperit fie în întregime cu lavă sau sticlă răcită, fie combinații ale celor două materiale.

În cele din urmă, ea a descoperit că, indiferent de combinația de materiale de suprafață, albedo-ul unei planete de lavă-ocean nu ar fi mai mult de aproximativ 10% – destul de întunecat în comparație cu albedo de 40 până la 50% observat pentru unele super-Pământuri fierbinți. .

„Acest lucru este destul de întunecat în comparație cu Pământul și nu este suficient pentru a explica luminozitatea planetelor de care eram interesați”, spune Essack.

Această realizare a restrâns intervalul de căutare pentru interpretarea observațiilor și îndreaptă studiile viitoare să ia în considerare alte posibilități exotice, cum ar fi prezența atmosferelor bogate în metale reflectorizante.

„Nu suntem 100% siguri din ce sunt făcute aceste planete, așa că restrângem spațiul parametrilor și ghidăm studiile viitoare către toate aceste alte opțiuni potențiale”, spune Essack.

Această cercetare a fost finanțată, în parte, de misiunea TESS a NASA și, în parte, de MIT Presidential Fellowship.

Sursa articol

You might also like