Συναντήσαμε την Caroline Piaulet, Ph.D. φοιτητή στο Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) του Université de Montréal (Καναδάς). Η ομάδα με επικεφαλής την Caroline Piaulet, έκανε μια λεπτομερή μελέτη του πλανητικού συστήματος Kepler-138.

Πιο συγκεκριμένα, ανακάλυψε δύο «υδάτινους κόσμους»: δύο εξωπλανήτες γεμάτους νερό που περιφέρονται γύρω από τον Ερυθρό Νάνο Αστέρα, περίπου 218 έτη φωτός μακριά από τη Γη. Ένα έτος φωτός ισοδυναμεί με περίπου 9,46 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα.

Αυτό που πυροδότησε το πάθος μου για τους εξωπλανήτες ήταν η ανακάλυψη ότι όχι μόνο μπορούσαμε να βρούμε πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα, αλλά να μελετήσουμε τις συνθέσεις και τις ατμόσφαιρές τους! Το γεγονός ότι μπορούμε να διερευνήσουμε τα αέρια στις ατμόσφαιρες μακρινών πλανητών δεν σταματά ποτέ να με εκπλήσσει. Ένας από τους εξωπλανήτες που με εξέπληξε περισσότερο ήταν σίγουρα ο WASP-107b, ο πρώτος πλανήτης που σπούδασα κατά τη διάρκεια του διδακτορικού μου: είναι ένας πλανήτης μεγέθους Δία που έχει τόσο χαμηλή πυκνότητα που είναι συγκρίσιμος με αυτή του μαλλί της γριάς – πόσο τρελό είναι αυτό ?

Πώς καταφέρνετε να μελετήσετε την ατμόσφαιρα αυτών των πολύ μακρινών πλανητών; Μπορούν τα τηλεσκόπια να δουν μόνο τη σκιά των εξωπλανητών;

Υπάρχουν μερικοί τρόποι που μπορεί κανείς να ακολουθήσει για τη μελέτη της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών, αλλά ο πιο συνηθισμένος ονομάζεται «φασματοσκοπία μετάδοσης» που είναι παρόμοια με την ιδέα της «σκιάς» που αναφέρατε. Όταν ένας πλανήτης περνά μπροστά από το αστέρι του από τη δική μας οπτική γωνία, προβάλλει μια «σκιά» που το κάνει έτσι ώστε να βλέπουμε στιγμιαία λιγότερο από το φως του άστρου.

Ονομάζουμε αυτά τα γεγονότα «διελεύσεις» και μας δίνουν τη δυνατότητα να μάθουμε για πλανήτες που δεν γνωρίζαμε ότι υπήρχαν. Όταν πρόκειται για τη μελέτη της ατμόσφαιρας, εκμεταλλευόμαστε το γεγονός ότι κατά τη διάρκεια μιας διέλευσης, ένα μικρό μέρος του φωτός του αστεριού φιλτράρεται μέσω της ατμόσφαιρας του πλανήτη και αποτυπώνεται με τις υπογραφές των μορίων και των ατόμων που υπάρχουν.

Στη συνέχεια, η «φασματοσκοπία μετάδοσης» συνίσταται στη διάσπαση του φωτός που λαμβάνουμε από το αστέρι κατά τη διέλευση όλων των διαφορετικών χρωμάτων του και στον εντοπισμό του μοναδικού δακτυλικού αποτυπώματος που αφήνουν σε αυτά τα χρώματα τα μόρια στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.

Η ομάδα του Université de Montréal, με επικεφαλής εσάς, ανακάλυψε δύο «υδάτινους κόσμους». Δύο εξωπλανήτες γεμάτοι με νερό (Kepler-138c και Kepler-138d). Ποια είναι τα χαρακτηριστικά αυτών των δύο εξωπλανητών;

Η διεθνής μας ομάδα ανακάλυψε δύο «δίδυμους» πλανήτες (έχουν ουσιαστικά το ίδιο μέγεθος και μάζα) που εξηγούνται καλύτερα ως υδάτινοι κόσμοι, δηλαδή ότι ένα μεγάλο μέρος του όγκου τους αποτελείται από νερό. Αν σκεφτείτε το Kepler-138d όπως το καταλαβαίνουμε τώρα, φανταστείτε έναν μεγάλο πλανήτη (περίπου 1,5 φορές το μέγεθος της Γης) που έχει περίπου το ήμισυ του όγκου του από νερό σε διάφορες μορφές. Ξεκινώντας από την κορυφή, θα πρέπει να περάσετε μέσα από ένα στρώμα βάθους 2000 km νερού για να φτάσετε σε ένα βραχώδες εσωτερικό.

Το στρώμα του νερού θα αποτελείται από μια εκτεταμένη ατμόσφαιρα υδρατμών και καθώς πηγαίνετε βαθύτερα εκεί που το νερό είναι σε υψηλότερες πιέσεις, θα φτάνετε σε έναν ωκεανό που πιστεύουμε ότι θα ήταν «υπερκρίσιμος», αντί σε υγρό νερό. Το υπερκρίσιμο νερό είναι ουσιαστικά υδρατμός που φέρεται σε τόσο υψηλή πίεση που φθάνει σε ρευστή κατάσταση, αλλά όχι αρκετά κρύο ώστε να συμπυκνωθεί σε έναν υγρό ωκεανό νερού.

Πώς ανακαλύψατε το νερό; Τι τηλεσκόπια χρησιμοποιήσατε;

Χρησιμοποιήσαμε τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer και παρατηρήσαμε 13 νέες διελεύσεις του Kepler-138 d. Η μέθοδός μας συνίσταται στη χρήση της πολύ ειδικής διάταξης των πλανητών στο σύστημα Kepler-138 που την κάνει έτσι ώστε αντί να περνά μπροστά από το άστρο τους σε τακτά χρονικά διαστήματα (για παράδειγμα κάθε 5 ημέρες για έναν πλανήτη που χρειάζεται 5 ημέρες για να τριγυρίσει. το αστέρι του), οι τρεις πλανήτες Kepler-138 b, c και d μερικές φορές περνούσαν από το αστέρι λίγο νωρίς ή αργά.

Αυτή η περίεργη συμπεριφορά στην πραγματικότητα προέρχεται από τους πλανήτες τακτικά κοντά ο ένας στον άλλο, γεγονός που διαταράσσει τις αμοιβαίες τροχιές τους τόσο ελαφρώς για να παράγει αυτό που ονομάζουμε παραλλαγές χρόνου διέλευσης (TTVs). Χρησιμοποιώντας αυτά τα TTV, είμαστε σε θέση να μετρήσουμε τις μάζες των πλανητών, κάτι που μας επιτρέπει να συμπεράνουμε τις πυκνότητες τους. Το Kepler-138 c και d έχουν πολύ χαμηλές πυκνότητες για να αποτελούνται μόνο από πέτρες παρόμοια με τη Γη: αν και η Γη καλύπτεται από ωκεανούς, είναι πολύ ρηχοί και δεν επηρεάζουν την πυκνότητά της.

Από την άλλη πλευρά, δείξαμε ότι αυτή η χαμηλή πυκνότητα δεν θα μπορούσε να οφείλεται σε ένα περίβλημα υδρογόνου, καθώς το υδρογόνο είναι πολύ ελαφρύ και μπορεί εύκολα να παρασυρθεί από την ακτινοβολία του αστεριού. Ένα βαρύτερο μόριο όπως το νερό ή το μεθάνιο είναι αρκετά ελαφρύ για να δημιουργήσει χαμηλή πυκνότητα πλανήτη, ενώ είναι πολύ πιο ανθεκτικό στην απογύμνωση από την ενέργεια του αστεριού – αρκετά για να εξηγήσει τις χαμηλές πυκνότητες των Kepler-138 c και d.

Αν μπορούσαμε να περπατήσουμε σε αυτούς τους δύο εξωπλανήτες, τι θα βλέπαμε; Πώς είναι το τοπίο τους;

Με τόσο πολύ νερό, δεν θα περιμέναμε ηπείρους ή μια βραχώδη επιφάνεια που θα μπορούσε κανείς να περπατήσει. Ο τρόπος που μου αρέσει να φαντάζομαι αυτούς τους πλανήτες είναι να σκέφτομαι τα παγωμένα φεγγάρια του εξωτερικού ηλιακού συστήματος, για τα οποία πιστεύουμε ότι υπάρχουν μεγάλοι ωκεανοί νερού κάτω από την παγωμένη τους επιφάνεια.

Για το Kepler-138 c and d, ίσως να κοιτάμε ανάλογα των δικών μας παγωμένων φεγγαριών, μόνο μεγαλύτερα και πολύ πιο κοντά στο αστέρι, έτσι ώστε αντί να θωρακίζεται κάτω από μια επιφάνεια πάγου, το νερό να εκτίθεται σε μια εκτεταμένη ατμόσφαιρα ατμών .

Ανακαλύπτουμε πολλούς εξωπλανήτες και πολλοί από αυτούς είναι γεμάτοι με νερό και βρίσκονται στην κατοικήσιμη ζώνη. Πιστεύετε ότι το σύμπαν είναι γεμάτο ζωή; Υπάρχει ζωή παντού;

Από μια καθαρά πιθανολογική σκοπιά, τα συστατικά για την ανάδυση της ζωής είναι σίγουρα παρόντα γύρω από πολλά άλλα αστέρια εκτός από τον Ήλιο μας. Εάν η ερώτηση είναι «πιστεύω ότι υπάρχει ζωή αλλού στο Σύμπαν;», τότε ναι, το πιστεύω.

Αλλά το δύσκολο έργο για εμάς τους αστρονόμους που πραγματικά αναζητούμε τις υπογραφές της εξωγήινης ζωής είναι να βρούμε σημάδια που αναμφισβήτητα θα έπρεπε να παράγονται από τη ζωή και δεν θα μπορούσαν να είναι αποτέλεσμα άλλων διεργασιών όπως η χημεία ή ο ηφαιστειισμός. Ως εκ τούτου, το να είμαστε σε θέση να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση με βάση επιστημονικά στοιχεία για τη ζωή – ή την έλλειψή τους – πιθανότατα θα πρέπει να περιμένουμε ακόμα μερικά χρόνια.

από το The Space Academy