Potentiella tecken på den regnbågsliknande "härlighetseffekten" har upptäckts på en planet utanför vårt solsystem. Glory är färgglada koncentriska ringar av ljus som bara uppstår under speciella förhållanden.
Data från ESA:s känsliga Characterizing ExOplanet Satellite, Cheops, tillsammans med flera andra ESA- och NASA-uppdrag, tyder på att detta känsliga fenomen strålar rakt mot jorden från den helvetiska atmosfären av den ultraheta gasjätten WASP-76b, 637 ljusår bort.
Ses ofta på jorden, effekten har bara hittats en gång på en annan planet, Venus. Om den bekräftas kommer denna första extrasolära härlighet att avslöja mer om naturen hos denna förbryllande exoplanet, med spännande lektioner för hur man bättre förstår främmande, avlägsna världar.
Data från Cheops och dess vänner tyder på att mellan den outhärdliga värmen och ljuset från exoplaneten WASP-76bs solbelysta ansikte, och den ändlösa natten av dess mörka sida, kan vara den första extrasolära "härligheten". Effekten, som liknar en regnbåge, uppstår när ljus reflekteras från moln som består av ett perfekt enhetligt men än så länge okänt ämne.
"Det finns en anledning till att ingen härlighet tidigare har setts utanför vårt solsystem - det kräver mycket speciella förhållanden", förklarar Olivier Demangeon, astronom vid Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (Institutet för astrofysik och rymdvetenskap) i Portugal och huvudförfattare till studien.
"Först behöver du atmosfäriska partiklar som är nästan perfekt sfäriska, helt enhetliga och stabila nog för att kunna observeras under lång tid. Planetens närliggande stjärna måste lysa direkt mot den, med observatören - här Cheops - precis vid rätt orientering."
Om den bekräftas skulle denna första exoplanetära härlighet vara ett vackert verktyg för att förstå mer om planeten och stjärnan som bildade den.
"Det som är viktigt att ha i åtanke är den otroliga omfattningen av det vi bevittnar", förklarar Matthew Standing, en ESA-forskare som studerar exoplaneter.
"WASP-76b är flera hundra ljusår bort - en extremt het gasgigantisk planet där det sannolikt regnar smält järn. Trots kaoset ser det ut som om vi har upptäckt de potentiella tecknen på en härlighet. Det är en otroligt svag signal."
Detta resultat visar kraften i ESA:s Cheops-uppdrag för att upptäcka subtila, aldrig tidigare skådade fenomen i avlägsna världar.
En helvetisk planet med sneda lemmar
WASP-76b är en ultrahet Jupiter-liknande planet. Även om den är 10 % mindre massiv än vår randiga kusin, är den nästan dubbelt så stor. Exoplaneten kretsar tätt runt sin värdstjärna tolv gånger närmare än vad den brända Merkurius kretsar kring vår sol och "uppblåst" av intensiv strålning.
Sedan upptäckten 2013 har WASP-76b hamnat under intensiv granskning och en bisarrt helvetisk bild har dykt upp. Ena sidan av planeten är alltid vänd mot solen och når temperaturer på 2 400°C. Här smälter och avdunstar element som skulle bilda stenar på jorden, bara för att kondensera på den något svalare nattsidan, vilket skapar järnmoln som droppar smält järnregn.
Men forskare har blivit förbryllade över en uppenbar asymmetri, eller vansinnighet, i WASP-76bs "lemmar" - dess yttersta områden sett när den passerar framför sin värdstjärna.
Data från olika ESA- och NASA-uppdrag, inklusive TESS, Hubble och Spitzer, analyserades också i denna avslöjande studie, men det var när ESA:s Cheops och NASA:s TESS arbetade tillsammans som antydningar om härlighetsfenomenet började dyka upp.
Cheops övervakade intensivt WASP-76b när den passerade framför och runt sin solliknande stjärna. Efter 23 observationer under tre år visade data en överraskande ökning av mängden ljus som kommer från planetens östra "terminator" - gränsen där natt möter dag. Detta gjorde det möjligt för forskare att reda ut och begränsa signalens ursprung.
"Det här är första gången som en så skarp förändring har upptäckts i ljusstyrkan på en exoplanet, dess 'faskurva'", förklarar Olivier.
"Denna upptäckt leder oss till en hypotes om att denna oväntade glöd kan orsakas av en stark, lokaliserad och anisotropisk (riktningsberoende) reflektion - glanseffekten."
Njut av WASP-76bs reflekterade glans
Medan glanseffekten skapar regnbågsliknande mönster, är de två inte samma sak. Regnbågar bildas när solljus passerar genom ett medium med en viss densitet till ett medium med en annan densitet – till exempel från luft till vatten – vilket får dess väg att böjas (brytas). Olika våglängder böjs olika mycket, vilket gör att vitt ljus delas upp i dess olika färger och skapar den välbekanta runda bågen av en regnbåge.
Glory bildas dock när ljus passerar mellan en smal öppning, till exempel mellan vattendroppar i moln eller dimma. Återigen är ljusets väg böjd (i detta fall diffrakterad), vilket oftast skapar koncentriska färgringar, med interferens mellan ljusvågor som skapar mönster av ljusa och mörka ringar.
Bekräftelse av härlighetseffekten skulle innebära närvaron av moln som består av perfekt sfäriska droppar, som har varat i minst tre år eller som ständigt fylls på. För att sådana moln ska bestå måste temperaturen i atmosfären också vara stabil över tid – en fascinerande och detaljerad inblick i vad som kan hända vid WASP-76b.
Viktigt är att att kunna upptäcka sådana små underverk så långt bort kommer att lära forskare och ingenjörer hur man upptäcker andra svåra att se men kritiska fenomen. Till exempel solljus som reflekteras från flytande sjöar och hav – ett krav för beboelighet.
"Ytterligare bevis behövs för att definitivt säga att detta spännande "extra ljus" är en sällsynt härlighet", förklarar Theresa Lüftinger, projektforskare för ESA:s kommande Ariel-uppdrag.
"Uppföljningsobservationer från NIRSPEC-instrumentet ombord på rymdteleskopet NASA/ESA/CSA James Webb rymdteleskopet kan göra precis jobbet. Eller så kan ESA:s kommande Ariel-uppdrag bevisa sin närvaro. Vi kan till och med hitta mer strålande avslöjande färger som lyser från andra exoplaneter."
Olivier avslutar, "Jag var inblandad i den första upptäckten av asymmetriskt ljus som kom från denna konstiga planet - och ända sedan dess har jag varit så nyfiken på orsaken. Det har tagit lite tid att komma hit, med ögonblick där jag frågade mig själv - 'Varför insisterar du på det här. Det kanske är bättre att göra något annat med din tid? Men när den här egenskapen dök upp ur data var det en sådan speciell känsla – en speciell tillfredsställelse som inte händer varje dag."
Forskningen är publicerad i tidskriften Astronomy &Astrophysics .
Mer information: O. D. S. Demangeon et al, Asymmetri i den övre atmosfären av den ultraheta Jupiter WASP-76 b, Astronomy &Astrophysics (2024). doi.org/10.1051/0004-6361/202348270
Journalinformation: Astronomi och astrofysik
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
