Denna konstnärs illustration visar den teoretiska inre strukturen hos exoplaneten GJ 3470 b. Den är olik någon planet som finns i solsystemet. Med en vikt på 12,6 jordmassor är planeten mer massiv än jorden men mindre massiv än Neptunus. Till skillnad från Neptunus, som är 3 miljarder miles från solen, GJ 3470 b kan ha bildats mycket nära sin röda dvärgstjärna som en torr, stenigt föremål. Den drog sedan gravitationsmässigt in väte och heliumgas från en cirkumstellär skiva för att bygga upp en tjock atmosfär. Skivan försvann för många miljarder år sedan, och planeten slutade växa. Den nedre illustrationen visar skivan som systemet kan ha sett ut för länge sedan. Observationer från NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer har kemiskt analyserat sammansättningen av GJ 3470 b:s mycket klara och djupa atmosfär, ger ledtrådar till planetens ursprung. Många planeter av denna massa finns i vår galax. Kredit:NASA, ESA, och L. Hustak (STScI)
Två NASA rymdteleskop har slagit sig samman för att identifiera, för första gången, det detaljerade kemiska "fingeravtrycket" av en planet mellan jordens och Neptunus storlekar. Inga planeter som denna kan hittas i vårt eget solsystem, men de är vanliga runt andra stjärnor.
Planeten, Gliese 3470 b (även känd som GJ 3470 b), kan vara en korsning mellan jorden och Neptunus, med en stor stenig kärna begravd under en djupt krossande väte- och heliumatmosfär. Väger in på 12,6 jordmassor, planeten är mer massiv än jorden, men mindre massiv än Neptunus (som är mer än 17 jordmassor).
Många liknande världar har upptäckts av NASA:s Kepler rymdobservatorium, vars uppdrag avslutades 2018. Faktum är att 80 % av planeterna i vår galax kan falla inom detta massintervall. Dock, astronomer har aldrig kunnat förstå den kemiska naturen hos en sådan planet förrän nu, säger forskare.
Genom att inventera innehållet i GJ 3470 b:s atmosfär, astronomer kan avslöja ledtrådar om planetens natur och ursprung.
"Detta är en stor upptäckt ur planetbildningsperspektivet. Planeten kretsar mycket nära stjärnan och är mycket mindre massiv än Jupiter - 318 gånger jordens massa - men har lyckats skapa den ursprungliga väte/heliumatmosfären som till stor del är "oförorenad" av tyngre element, " sa Björn Benneke vid University of Montreal, Kanada. "Vi har inget liknande i solsystemet, och det är det som gör det slående."
Astronomer anlitade NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer med kombinerade multivåglängder för att göra en första i sitt slag av GJ 3470 b:s atmosfär.
Detta åstadkoms genom att mäta absorptionen av stjärnljus när planeten passerade framför sin stjärna (transit) och förlusten av reflekterat ljus från planeten när den passerade bakom stjärnan (förmörkelse). Allt sammanlagt, rymdteleskopen observerade 12 transiteringar och 20 förmörkelser. Vetenskapen om att analysera kemiska fingeravtryck baserat på ljus kallas "spektroskopi".
"För första gången har vi en spektroskopisk signatur av en sådan värld, " sa Benneke. Men han är osäker på klassificeringen:Ska det kallas en "superjord" eller "under-Neptunus?" Eller kanske något annat?
Lyckligtvis, atmosfären i GJ 3470 b visade sig vara mestadels klar, med bara tunna dis, gör det möjligt för forskarna att undersöka djupt in i atmosfären.
"Vi förväntade oss en atmosfär starkt berikad av tyngre grundämnen som syre och kol som bildar rikligt med vattenånga och metangas, liknande det vi ser på Neptunus", sa Benneke. "Istället, vi hittade en atmosfär som är så fattig på tunga grundämnen att dess sammansättning liknar den väte/heliumrika sammansättningen av solen."
Andra exoplaneter som kallas "heta Jupiters" tros bildas långt från deras stjärnor, och med tiden migrera mycket närmare. Men den här planeten verkar ha bildats precis där den är idag, säger Benneke.
Den mest rimliga förklaringen, enligt Benneke, är att GJ 3470 b föddes betänkligt nära sin röda dvärgstjärna, vilket är ungefär hälften av vår sols massa. Han antar att det i huvudsak började som en torr sten, och snabbt samlade väte från en urskiva av gas när dess stjärna var mycket ung. Skivan kallas en "protoplanetär skiva".
"We're seeing an object that was able to accrete hydrogen from the protoplanetary disk, but didn't runaway to become a hot Jupiter, " said Benneke. "This is an intriguing regime."
One explanation is that the disk dissipated before the planet could bulk up further. "The planet got stuck being a sub-Neptune, " said Benneke.
NASA's upcoming James Webb Space Telescope will be able to probe even deeper into GJ 3470 b's atmosphere thanks to the Webb's unprecedented sensitivity in the infrared. The new results have already spawned large interest by American and Canadian teams developing the instruments on Webb. They will observe the transits and eclipses of GJ 3470 b at light wavelengths where the atmospheric hazes become increasingly transparent.
