En förvånansvärt låg mängd metan och en superstor kärna gömmer sig i den sockervaddsliknande planeten WASP-107 b.
Avslöjandena, baserade på data som erhållits av rymdteleskopet James Webb, markerar de första mätningarna av en exoplanets kärnmassa och kommer sannolikt att underbygga framtida studier av planetariska atmosfärer och interiörer, en nyckelaspekt i sökandet efter beboeliga världar bortom vårt solsystem.
"Att titta in i det inre av en planet hundratals ljusår bort låter nästan omöjligt, men när du känner till massan, radien, atmosfärens sammansättning och värmen i dess inre, har du alla delar du behöver för att få en uppfattning om vad som finns inuti och hur tung den kärnan är", säger huvudförfattaren David Sing, en framstående professor i jord- och planetvetenskap vid Johns Hopkins University från Bloomberg. "Detta är nu något vi kan göra för många olika gasplaneter i olika system."
Publicerad idag i Nature , visar forskningen att planeten har tusen gånger mindre metan än förväntat och en kärna som är 12 gånger mer massiv än jordens.
WASP-107 b, en jätteplanet omsluten av en brännande atmosfär fluffig som bomull, kretsar runt en stjärna cirka 200 ljusår bort. Den är pösig på grund av sin byggnad:en värld i Jupiterstorlek med bara en tiondel av planetens massa.
Även om den har metan – en byggsten för livet på jorden – anses planeten inte vara beboelig på grund av dess närhet till sin moderstjärna och avsaknaden av en fast yta. Men det kan innehålla viktiga ledtrådar om planetarisk utveckling i sent skede.
I en separat studie publicerad idag i Nature , andra forskare såg också metan med Webb-teleskopet och gav liknande insikter om planetens storlek och densitet.
"Vi vill titta på planeter som mer liknar gasjättarna i vårt eget solsystem, som har mycket metan i sina atmosfärer," sa Sing. "Det var här historien om WASP-107 b blev riktigt intressant, eftersom vi inte visste varför metannivåerna var så låga."
De nya metanmätningarna tyder på att molekylen omvandlas till andra föreningar när den strömmar uppåt från planetens inre och interagerar med ett hopkok av andra kemikalier och stjärnljus i den övre atmosfären. Teamet mätte också svaveldioxid, vattenånga, koldioxid och kolmonoxid – och fann att WASP-107 b har fler tunga grundämnen än Uranus och Neptunus.
Profilen av planetens kemi börjar avslöja nyckelbitar i pusslet om hur planetariska atmosfärer beter sig under extrema förhållanden, sa Sing. Hans team kommer att genomföra liknande observationer under nästa år på ytterligare 25 planeter med Webb-teleskopet.
"Vi hade aldrig kunnat studera denna blandningsprocess i en exoplanetatmosfär i detalj, så det här kommer att gå långt för att förstå hur dessa dynamiska kemiska reaktioner fungerar," sa Sing. "Det är något vi definitivt behöver när vi börjar titta på steniga planeter och biomarkörsignaturer."
Forskare hade spekulerat i att planetens överuppblåsta radie berodde på en värmekälla inuti, sa Zafar Rustamkulov, en Johns Hopkins doktorand i planetvetenskap som var med och ledde forskningen. Genom att kombinera atmosfäriska och inre fysikmodeller med Webbs data från WASP-107 b, redogjorde teamet för hur planetens termodynamik påverkar dess observerbara atmosfär.
"Planeten har en het kärna, och den värmekällan förändrar kemin hos gaserna djupare ner, men den driver också den här starka, konvektiva blandningen som bubblar upp från insidan," sa Rustamkulov. "Vi tror att den här värmen gör att kemin hos gaserna förändras, speciellt förstör metan och gör förhöjda mängder koldioxid och kolmonoxid."
De nya fynden representerar också den tydligaste kopplingen som forskare har kunnat göra om det inre av en exoplanet och toppen av dess atmosfär, sa Rustamkulov. Förra året upptäckte Webb-teleskopet svaveldioxid cirka 700 ljusår bort i en annan exoplanet som heter WASP-39, vilket gav de första bevisen på en atmosfärisk förening skapad av stjärnljusdrivna reaktioner.
Johns Hopkins-teamet fokuserar nu på vad som kan hålla kärnan varm och förväntar sig att krafter kan vara i spel liknande de som orsakar hög- och lågvatten i jordens hav. De planerar att testa om planeten sträcks ut och dras av sin stjärna och hur det kan förklara kärnans höga värme.
Mer information: En varm Neptunus metan avslöjar kärnmassa och kraftig atmosfärisk blandning, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07395-z. www.nature.com/articles/s41586-024-07395-z
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av Johns Hopkins University
