Το κυνήγι εξωπλανητών έχει βρει πολλές συναρπαστικές περιπτωσιολογικές μελέτες. Για παράδειγμα, έρευνες έχουν εμφανίσει πολλούς «Hot Jupiters», γίγαντες φυσικού αερίου που έχουν παρόμοιο μέγεθος με τον Δία, αλλά σε τροχιά πολύ κοντά στους ήλιους τους. Αυτός ο συγκεκριμένος τύπος εξωπλανήτη υπήρξε πηγή ενδιαφέροντος για τους αστρονόμους, κυρίως επειδή η ύπαρξή τους προκαλεί τη συμβατική σκέψη για το πού μπορούν να υπάρχουν γίγαντες αερίου σε ένα σύστημα αστεριών.
Ως εκ τούτου, γιατί μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO) χρησιμοποίησε το Very Large Telescope (VLT) για να ρίξει μια καλύτερη ματιά στο WASP-19b, ένα Hot Jupiter που βρίσκεται 815 έτη φωτός από τη Γη. Κατά τη διάρκεια αυτών των παρατηρήσεων, παρατήρησαν ότι η ατμόσφαιρα του πλανήτη περιείχε ίχνη οξειδίου του τιτανίου, καθιστώντας την πρώτη φορά που αυτή η ένωση έχει ανιχνευθεί στην ατμόσφαιρα ενός γίγαντα αερίου.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους, με τίτλο «Ανίχνευση οξειδίου του τιτανίου στην ατμόσφαιρα ενός καυτού Δία», εμφανίστηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Φύση.Με επικεφαλής τον Elyar Sedaghati - έναν πρόσφατο απόφοιτο του Πολυτεχνείου του Βερολίνου και έναν συνεργάτη στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο - η ομάδα χρησιμοποίησε δεδομένα που συλλέχθηκαν από τη συστοιχία VLT κατά τη διάρκεια ενός έτους για να μελετήσει το WASP-19b.
Όπως όλοι οι Hot Jupiters, το WASP-19b έχει περίπου την ίδια μάζα με τον Δία και σε τροχιές πολύ κοντά στον ήλιο του. Στην πραγματικότητα, η τροχιακή περίοδος της είναι τόσο μικρή - μόλις 19 ώρες - που οι θερμοκρασίες στην ατμόσφαιρά της εκτιμάται ότι φτάνουν μέχρι τα 2273 K (2000 ° C; 3632 ° F). Αυτό είναι πάνω από τέσσερις φορές πιο ζεστό από την Αφροδίτη, όπου οι θερμοκρασίες είναι αρκετά ζεστές για να λιώσουν το μόλυβδο! Στην πραγματικότητα, οι θερμοκρασίες στο WASP-19b είναι αρκετά ζεστές για να λιώσουν πυριτικά ορυκτά και πλατίνα!
Η μελέτη βασίστηκε στο όργανο FOcal Reducer / Spectrograph 2 χαμηλής διασποράς (FORS2) στο VLT, ένα οπτικό όργανο πολλαπλών τρόπων ικανό να εκτελεί απεικόνιση, φασματοσκοπία και τη μελέτη του πολωμένου φωτός (polarimetry). Χρησιμοποιώντας το FORS2, η ομάδα παρατήρησε τον πλανήτη καθώς περνούσε μπροστά από το αστέρι του (γνωστός και ως διέλευση), το οποίο αποκάλυψε πολύτιμα φάσματα από την ατμόσφαιρά του.
Αφού εξέτασε προσεκτικά το φως που πέρασε από τα θολά σύννεφα της, η ομάδα εξεπλάγη όταν βρήκε ίχνη οξειδίου του τιτανίου (καθώς και νατρίου και νερού). Όπως είπε ο Elyar Sedaghati, ο οποίος πέρασε 2 χρόνια ως φοιτητής στο ESO για να εργαστεί σε αυτό το έργο, για την ανακάλυψη σε ένα δελτίο τύπου του ES:
“Ωστόσο, η ανίχνευση τέτοιων μορίων δεν είναι απλή επιτυχία. Όχι μόνο χρειαζόμαστε δεδομένα εξαιρετικής ποιότητας, αλλά πρέπει επίσης να πραγματοποιήσουμε μια εξελιγμένη ανάλυση. Χρησιμοποιήσαμε έναν αλγόριθμο που διερευνά πολλά εκατομμύρια φάσματα που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα χημικών συνθέσεων, θερμοκρασιών και ιδιοτήτων νέφους ή θολότητας για να εξαγάγουμε τα συμπεράσματά μας.”
Το οξείδιο του τιτανίου είναι μια πολύ σπάνια ένωση που είναι γνωστό ότι υπάρχει στην ατμόσφαιρα των δροσερών αστεριών. Σε μικρές ποσότητες, λειτουργεί ως απορροφητής θερμότητας, και επομένως είναι πιθανό να είναι εν μέρει υπεύθυνος για το WASP-19b που αντιμετωπίζει τόσο υψηλές θερμοκρασίες. Σε αρκετά μεγάλες ποσότητες, μπορεί να αποτρέψει την είσοδο ή τη διαφυγή της θερμότητας από μια ατμόσφαιρα, προκαλώντας αυτό που είναι γνωστό ως θερμική αντιστροφή.
Αυτό είναι ένα φαινόμενο όπου οι θερμοκρασίες είναι υψηλότερες στην ανώτερη ατμόσφαιρα και χαμηλότερες περαιτέρω κάτω. Στη Γη, το όζον παίζει παρόμοιο ρόλο, προκαλώντας αντιστροφή των θερμοκρασιών στη στρατόσφαιρα. Αλλά στους γίγαντες φυσικού αερίου, αυτό είναι το αντίθετο από αυτό που συμβαίνει συνήθως. Ενώ ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας έχουν ψυχρότερες θερμοκρασίες στην ανώτερη ατμόσφαιρα, οι θερμοκρασίες είναι πολύ πιο ζεστές πιο κοντά στον πυρήνα λόγω της αύξησης της πίεσης.
Η ομάδα πιστεύει ότι η παρουσία αυτής της ένωσης θα μπορούσε να έχει σημαντική επίδραση στη θερμοκρασία, τη δομή και την κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Επιπλέον, το γεγονός ότι η ομάδα μπόρεσε να εντοπίσει αυτήν την ένωση (μια πρώτη για τους ερευνητές εξωπλανήτη) είναι μια ένδειξη για το πώς οι μελέτες εξωπλανήτη επιτυγχάνουν νέα επίπεδα λεπτομέρειας. Όλα αυτά είναι πιθανό να έχουν σημαντικό αντίκτυπο σε μελλοντικές μελέτες ατμοσφαιρών εξωπλανήτη.
Η μελέτη δεν θα ήταν επίσης δυνατή αν δεν υπήρχε το όργανο FORS2, το οποίο προστέθηκε στη σειρά VLT τα τελευταία χρόνια. Όπως ο Henri Boffin, ο επιστήμονας οργάνων που ηγήθηκε του έργου ανακαίνισης, σχολίασε:
“Αυτή η σημαντική ανακάλυψη είναι το αποτέλεσμα μιας ανακαίνισης του οργάνου FORS2 που έγινε ακριβώς για το σκοπό αυτό. Έκτοτε, το FORS2 έχει γίνει το καλύτερο μέσο για τη διεξαγωγή αυτού του είδους μελέτης από το έδαφος.”
Κοιτάζοντας μπροστά, είναι σαφές ότι η ανίχνευση μεταλλικών οξειδίων και άλλων παρόμοιων ουσιών σε ατμόσφαιρες εξωπλανητών θα επιτρέψει επίσης τη δημιουργία καλύτερων ατμοσφαιρικών μοντέλων. Έχοντας αυτά στο χέρι, οι αστρονόμοι θα είναι σε θέση να διεξάγουν πολύ πιο λεπτομερείς και ακριβείς μελέτες για τις ατμόσφαιρες του εξωπλανήτη, οι οποίες θα τους επιτρέψουν να μετρήσουν με μεγαλύτερη βεβαιότητα εάν κάποια από αυτές είναι κατοικήσιμη ή όχι.
Έτσι, ενώ αυτός ο τελευταίος πλανήτης δεν έχει καμία πιθανότητα να υποστηρίξει τη ζωή - θα έχετε καλύτερη τύχη να βρείτε παγάκια στην έρημο του Γκόμπι! - η ανακάλυψή του θα μπορούσε να βοηθήσει να δείξει το δρόμο προς κατοικήσιμους εξωπλανήτες στο μέλλον. Βήμα πιο κοντά στην εύρεση ενός κόσμου που θα μπορούσε να στηρίξει τη ζωή, ή πιθανότατα αυτό το αόριστο Earth 2.0!
