I denna illustration kan exoplaneten CoRoT-7b, som sannolikt är fem gånger jordens massa, mycket väl vara full av lavalandskap och kokande hav. Kredit:European Southern Observatory / L. Calçada
Utforskningstiden för det nya rymdteleskopet James Webb (JWST) blir varm – vulkaniskt varm.
En multidisciplinär grupp av Cornell-forskare har modellerat och syntetiserat lava i laboratoriet som den typ av sten som kan bildas på avlägsna exoplaneter. De utvecklade 16 typer av ytkompositioner som en startkatalog för att hitta vulkaniska världar med eldiga landskap och hav av magma.
Deras forskning, "Volcanic Exoplanet Surfaces," publicerades i den kommande november 2022-utgåvan av Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
"Vi har syntetiserade kompositioner som är representativa för möjliga exoplanetytor som kombinerar stjärnmetallicitetsdata, termodynamisk modellering och laboratorieexperiment", säger huvudförfattaren Esteban Gazel, professor i ingenjörsvetenskap vid Charles N. Mellowes vid Institutionen för jord- och atmosfärsvetenskap (EAS) ), vid Ingenjörshögskolan. Han är också medlem i Cornells tvärvetenskapliga Carl Sagan Institute (CSI).
"De nya observationerna av lavavärldar av JWST låser upp hemligheterna till vilken typ av platser som finns på vår kosmiska strand", säger medförfattaren Lisa Kaltenegger, CSI-chef och docent i astronomi vid College of Arts and Sciences. "Vår katalog över vulkaniska exoplanetytor ger ett verktyg för att dechiffrera vad som utgör dessa världar."
Marc-Antoine Fortin, en tidigare medarbetare i Gazels och Kalteneggers forskargrupper, skapade och mätte möjliga fysiska exoplanetytor, vägledd av tidigare modeller av vad som utgör planeter runt kända värdstjärnor.
"Som jord- och planetforskare letar vi efter ledtrådar till tidig planetarisk evolution," sa Fortin. "Här på jorden har vi några naturliga reliker - mycket gamla stenar - som ger oss en idé om vår egen planet för miljarder år sedan.
"Dessa lavavärldar är som en tidsmaskin, för jorden var en gång lava också," sa Fortin. "Men med exoplaneter, åtminstone för de planeter fyllda med magma, kan vi se planeter i olika stadier av deras utveckling."
Lavavärldar ger starka ledtrådar till exoplanetkonfiguration, sa Fortin. "Vi tittar på exoplaneter i andra kosmiska stadsdelar", sa han, "och lär oss allt vi kan om dessa avlägsna planeter som vi åtminstone under vår livstid inte kommer att kunna besöka."
Med den framgångsrika lanseringen av Webb-teleskopet och fruktbara tidiga hämtningar av data och bilder har vetenskapen en möjlighet att utforska exoplaneter i större detalj än någonsin tidigare, sa Gazel. "Vår tidiga katalog blir ett viktigt verktyg för att förstå den kemiska sammansättningen av vulkaniska exoplaneter som inte beskrivs bäst av solsystemanaloger," sa han.
Megan Holycross, biträdande professor i EAS, samarbetar med Fortin, Gazel och Kaltenegger i forskningen.
För att sammanställa katalogen valde Fortin och Gazel sammansättningen av möjliga steniga planetmantel som representerade planeter som kan bildas runt olika stjärnor. Sedan, med hjälp av termodynamisk modellering, beräknade de ytsammansättningar vid olika smältpunkter.
I samarbete med Holycross skapade gruppen syntetisk lava i laboratorieugnar som matchade dessa kompositioner och kylde dem sedan för att replikera möjliga exoplanetytor.
Efteråt mätte Fortin det möjliga infraröda reflektionsspektrumet med den nya spektroskopiutrustningen i Gazels labb. Han kopplade deras kemiska sammansättning till en stark spektral egenskap – känd som Christiansen-funktionen, en topp på nästan 8 mikrometer – som korrelerar med kiseldioxidinnehåll och andra viktiga kemiska komponenter.
Enligt Fortin finns det en ännu större bild:"Vi försöker förstå inte bara exoplaneter, utan alla steniga planeter - inklusive vår egen." + Utforska vidare
