Steniga planeter större än våra egna, så kallade superjordar, finns förvånansvärt mycket i vår galax, och står som de mest sannolika planeterna att vara beboeliga. Att få en bättre uppfattning om deras inre strukturer kommer att hjälpa till att förutsäga om olika planeter kan generera magnetiska fält - som tros vara gynnsamma för livet att överleva.

Atmosfäriskt vatten har upptäckts av europeiska forskare på en planet 124 ljusår från oss. Det är möjligt att moln bildas och till och med regn faller över denna avlägsna värld, dubbad K2-18 b. Planeten ligger inom vad astronomer kallar den beboeliga zonen, med en temperatur som skulle kunna låta livet frodas där.

Den steniga planeten är åtta gånger jordens massa och känd som en superjord. Detta är namnet på planeter mellan jordens storlek och Neptunus. "Superjordarna är faktiskt den vanligaste typen av planeter i vår galax, " sa Dr Ingo Waldmann, extrasolar planet explorer vid University College London, STORBRITANNIEN, en av forskarna som rapporterade om förekomsten av den vattniga världen K2-18 b. Superjordar är också möjliga hemvist för främmande liv.

Den första planeten som kretsar kring en aktiv stjärna bortom vårt eget solsystem upptäcktes 1995. Sedan dess, rymdteleskopet Kepler har ökat upptäcktshastigheten, med 4, 000 sådana exoplaneter nu kända. Initialt, stora gasjättar nära sina stjärnor, "heta Jupiters, " verkade vanligast, men allt eftersom fler och fler superjordar hopade sig, forskare blev förbryllade över deras överflöd.

"De tidiga exoplanetsystemen som hittades var de enkla, med en het Jupiter som går runt en stjärna. Vi hade egentligen inte förväntat oss något liknande super-jordar, men så började de dyka upp, " sa Dr Waldmann. "Vi vet så gott som ingenting om superjordar för tillfället, eftersom de inte finns i vårt eget solsystem."

Olika

De flesta av dessa mystiska planeter upptäcks när de passerar framför små stjärnor och får stjärnljuset att dämpas. Från detta, forskare kan räkna ut planetens massa och radie och bevisen tyder på att dessa världar är otroligt olika i sin sammansättning.

"Superjordar kan verkligen vara alla möjliga saker, " sa Dr Waldmann. Han ger exemplet med 55 Cancri e, en planet med ett lavahav vid temperaturer som är tillräckligt höga för att smälta järn, och Gliese 1214 b, som är en potentiell havsplanet som mestadels består av vatten. Forskare härleder vilka molekyler som finns i en planets atmosfär genom att studera stjärnljuset när det passerar igenom.

Att veta vad som händer inuti dessa avlägsna planeter är mycket svårare. "Vi kan titta på stjärnans yta för att få tips om kemi och sammansättning av en planet, som ger oss tips om hur mycket järn eller kisel kan finnas i en planet, " sa Dr. Razvan Caracas, planetminerolog vid École Normale Supérieure de Lyon i Frankrike.

Detta är viktigt eftersom beroende på om det finns en solid kärna, kanske gjord av nickel eller nickel och järn, och en yttre kärna av flytande metall, en planet kan ha ett magnetfält eller inte. Jordens magnetfält håller det mesta av solens strålning borta från oss genom att avleda en ström av laddade partiklar så att de inte når vår planets yta. Forskare tror att denna typ av avskärmning skulle vara nödvändig för att liv ska uppstå någon annanstans.

Dr. Caracas ledde ett projekt som heter ABISSE som körde datorsimuleringar av olika järn-nickelblandningar vid extremt höga tryck för att se hur de betedde sig. Det här är metallerna som sannolikt sitter i kärnan av superjordar, men det är oklart om järn och nickel skulle blandas ihop, separeras i olika lager eller blir flytande vid de intensiva trycken inuti stora planeter.

Genom att förstå vilken typ av kärnstruktur som kan uppstå från proportioner av nickel och järn, forskare hoppas kunna förstå vad som kan hända inuti superjordar baserat på vad vi får reda på om deras kemiska sammansättning.

Skydd

"Två kärnor kan bete sig olika, och den ena kan ha ett magnetfält och den andra inte, " förklarade Dr. Caracas. "Ett starkare magnetfält ger dig bättre skydd på ytan från solens strålar, och det betyder att du kan göra organiska molekyler som är mer komplexa."

Dr Guillaume Fiquet, en experimentell fysiker vid CNRS och Sorbonne University i Paris, Frankrike, försöker också förstå super-jordens interiörer genom ett projekt som heter PLANETDIVE. "När människor pratar om planeternas beboelighet, detta är ofta relaterat till närvaron av ett magnetfält, som i sig är relaterat till att ha någon form av metallisk kärna eller åtminstone ledande material (i kraftig rörelse), " han sa.

Han undersöker hur material som järn beter sig under tryck inuti superjordar, som kan vara upp till 1 terapascal, tre gånger trycket inom jorden. Detta klämmer samman atomer och kan ändra egenskaper hos material, vilket betyder att vår kunskap om hur de beter sig på jorden kanske inte gäller exoplaneter.

"Exoplaneter kan vara större planeter än jorden, vilket innebär att trycken och temperaturerna kan vara mycket högre, " Dr Fiquet sa, "Det tvingar oss att försöka utveckla nya verktyg för att komma åt speciella materiatillstånd som vi inte känner till ännu."

Dr. Fiquet kastar ljus över detta mysterium genom att återskapa de höga temperaturer och extrema tryck som kan ligga i hjärtat av dessa exotiska planeter. Han gör detta i försvinnande liten skala, avfyrar kraftfulla lasrar mot små metalldetaljer eller klämmer ihop dem mellan mikroskopiska diamantstäd.

Denna experimentella uppställning har hjälpt honom att rita smältkurvor för element som järn som förmodligen sitter i kärnan av superjordar under intensivt tryck. Dessa kan sedan användas för att förfina de materialegenskaper som forskare använder för att sluta sig till vad som händer i superjordarnas inre och i slutändan veta mer om deras kemiska sammansättning i bulk, säger Dr Fiquet.

Under tiden, Dr Waldmann leder forskning för att hjälpa astronomer att hantera superjorddata från framtida upptäckter av exoplaneter med hjälp av artificiell intelligens (AI). Vi behöver AI, sa Dr Waldmann, "eftersom all denna data är extremt svår att analysera och vi kommer att sträckas till gränsen för vad som är möjligt att göra för hand."

Superjordar är främsta kandidater för existensen av utomjordiskt liv. Hans AI, utvecklats genom ExoAI-projektet, kommer att hjälpa astronomer att tolka observationer av kemikalier i en exoplanets atmosfär, till exempel, och berätta för dem om en superjord är intressant för vidare studier eller inte.

"Det är den heliga gralen, " Dr. Waldmann tillade. "Att hitta kemiska signaturer i atmosfären av en superjord på grund av liv. Förhoppningsvis kommer vi att göra det under de närmaste åren, eller decennier."