Ett internationellt team av forskare mätte nyligen spektrumet av atmosfären hos en sällsynt het Neptunus exoplanet, vars upptäckt av NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) tillkännagavs bara förra månaden.

Upptäckten gjordes med data från det nu pensionerade NASA Spitzer Space Telescope, som möjliggör en unik, infraröd vy av universum för att titta in i områden i rymden som är dolda från optiska teleskop.

Ett av huvudmålen med NASA:s TESS-uppdrag är att hitta nya, små planeter som skulle vara bra mål för atmosfärisk karaktärisering. Tidigt i sitt uppdrag, den hittade LTT9779b, en planet som kretsar kring en solliknande stjärna som ligger 260 ljusår från jorden. Denna planet, lite större än Neptunus, kretsar mycket nära sin stjärna. Planeten finns i den "heta Neptunusöknen, "där planeter inte borde existera. Ja, de flesta närliggande heta exoplaneter är antingen gasjättar lika stora som Jupiter eller Saturnus som har tillräckligt med massa för att behålla större delen av sin atmosfär med hjälp av sin höga gravitation mot avdunstning som orsakas av stjärnan, eller små steniga exoplaneter som har förlorat sin atmosfär till stjärnan för länge sedan.

"Den här ultraheta Neptunus är en "medelstor" exoplanet som kretsar mycket nära sin stjärna (det tar bara 19 timmar att slutföra en bana), men dess låga densitet indikerar att den fortfarande har en atmosfär som väger minst 10 procent av planetens massa, " förklarade University of New Mexico fysik och astronomi biträdande professor Diana Dragomir, som leder arbetet som involverade fler än 25 institutioner.

Åldern för detta system är 2 miljarder år. Vid denna höga temperatur, planetens atmosfär borde ha avdunstat för länge sedan, tidigt i systemets liv. "Hot Neptunes är sällsynta, och en i en så extrem miljö som den här är svår att förklara eftersom dess massa inte är tillräckligt stor för att hålla fast vid en atmosfär särskilt länge. Så hur klarade det sig? LTT9779b fick oss att klia oss i huvudet, men det faktum att den har en atmosfär ger oss ett sällsynt sätt att undersöka den här typen av planeter, så vi bestämde oss för att sondera det med ett annat teleskop, ", tillade Dragomir.

För att undersöka dess atmosfäriska sammansättning och belysa dess ursprung ytterligare, forskare erhöll sekundära observationer av förmörkelse med Spitzer Infrared Array Camera (IRAC) av den heta Neptunus. Spitzer-observationerna bekräftade en atmosfärisk närvaro och möjliggjorde en mätning av planetens mycket höga temperatur, ungefär 2, 000 Kelvin (cirka 3, 000 grader Fahrenheit). "För första gången, vi mätte ljus som kom från en planet som inte borde existera!” sa Dragomir.

Efter att ha kombinerat Spitzer-observationerna med en mätning av den sekundära förmörkelsen i TESS-bandpasset, forskarna studerade det resulterande emissionsspektrumet och identifierade bevis på molekylär absorption i planetens atmosfär, vilket de tror är troligt på grund av kolmonoxid. Denna molekyl är inte oväntad i atmosfären av heta stora planeter (heta Jupiters), men att hitta den i en het Neptunus kan ge ledtrådar om ursprunget till denna planet och hur den lyckades hålla fast vid sin atmosfär. Detta resultat utgör den första upptäckten av atmosfäriska egenskaper i en exoplanet upptäckt av TESS, och den första någonsin för en ultrahet Neptunus.

"Om det finns mycket atmosfär runt planeten, som är fallet för LTT9779b, då kan du studera det lättare, " sa Dragomir. "En mindre atmosfär skulle vara mycket svårare att observera." Resultaten indikerar att LTT9779b är ett utmärkt mål för ytterligare karaktärisering med NASA:s kommande James Webb Space Telescope (JWST), vilket också skulle kunna verifiera om den observerade molekylära absorptionen verkligen beror på kolmonoxid.

En följeslagare, ledd av Kansas University Assistant Professor Ian Crossfield, hittade också tecken som pekar på att planetens atmosfär har en högre nivå av tunga grundämnen än förväntat. Detta är dessutom spännande eftersom de två planeterna av samma storlek i vårt solsystem, Neptunus och Uranus, består huvudsakligen av lätta element som väte och helium.

"LTT9779 är ett av dessa superspännande mål, en mycket sällsynt ädelsten för vår förståelse av heta Neptunes. Vi tror att vi upptäckte kolmonoxid i dess atmosfär och att den permanenta dagsidan är mycket varm, medan väldigt lite värme transporteras till nattsidan, sa Björn Benneke, professor vid Université de Montréal och medlem av Institutet för forskning om exoplaneter (iREx). "Båda fynden gör att LTT9779b säger att det finns en mycket stark signal att observera vilket gör planeten till ett mycket spännande mål för framtida detaljerad karaktärisering med JWST."

Tillsammans, dessa resultat satte scenen för liknande undersökningar av ett större urval av exoplaneter som upptäckts i denna heta Neptunusöken, som är nyckeln till att avslöja ursprunget till denna unika population av exoplaneter.

Forskningen, Spitzer avslöjar bevis på molekylär absorption i atmosfären av den heta Neptunus LTT 9779b, publicerades i The Astrofysiska tidskriftsbrev .