Naukowcy dostrzegli dwie bliźniacze planety krążące wokół odległej gwiazdy, które wydają się być wodnymi światami. Woda zajmuje około połowę ich całkowitej objętości – wynika z nowych badań. Egzoplanety Kepler-138 c oraz Kepler-138 d są oddalone od nas o około 218 lat świetlnych i krążą wokół czerwonego karła - gwiazdy zwanej Kepler-138.
Zespół astronomów kierowany przez badaczy z Uniwersytetu Montrealskiego znalazł dowody na to, że dwie egzoplanety krążące wokół czerwonego karła Kepler-138 to tzw. wodne światy, czyli planety, na których woda stanowi dużą część ich objętości. Światy te, znajdujące się w układzie planetarnym oddalonym o 218 lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Lutni, nie przypominają żadnych planet znajdujących się w naszym Układzie Słonecznym.
Szczegółowe badanie układu planetarnego Kepler-138 ukazało się w czasopiśmie „Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-022-01835-4).
System Kepler-138 był badany przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble'a oraz przy użyciu niedziałającego już Kosmicznego Teleskopu Spitzera, a także obserwatorium W. M. Kecka na Hawajach. Korzystając z mocy obserwatoriów uczeni odkryli, że egzoplanety Kepler-138 c i Kepler-138 d, które są około półtora raza większe od Ziemi, mogą składać się głównie z wody. Planety te zostały po raz pierwszy dostrzeżone przez również niedziałający już Kosmiczny Teleskop Keplera w 2014 orku. Poza omawianymi dwoma planetami, w układzie tym znajdują się jeszcze dwie planety - Kepler-138 b, która znajduje się znacznie bliżej gwiazdy oraz Kepler-138 e, która znajduje się najdalej od czerwonego karła. Świat Kepler-138 e został odkryty dopiero w nowych badaniach.
Woda na tych światach nie została wykryta bezpośrednio. Naukowcy porównując rozmiary i masy planet z modelami, doszli do wniosku, że znaczna część ich objętości – nawet połowa – powinna być zbudowana z materiałów lżejszych od skał, ale cięższych od wodoru lub helu (składnik większości gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz). Najpopularniejszym z tych materiałów kandydujących jest woda.
- Mogą to być inne cząsteczki, które miałyby gęstość podobną do wody – metan lub amoniak byłyby dobrymi alternatywami – ale powodem, dla którego uważamy, że najprawdopodobniej jest to woda, jest to, że woda jest najobficiej występującą, w porównaniu do tych alternatyw, we Wszechświecie – powiedziała Caroline Piaulet, która kierowała pracami naukowców.
- Wcześniej myśleliśmy, że planety nieco większe od Ziemi to wielkie kule z metalu i skał, jak powiększona wersja Ziemi, i dlatego nazwaliśmy je superziemiami – wyjaśnił Björn Benneke, współautor publikacji. - Jednak teraz pokazaliśmy, że te dwie planety, Kepler-138 c i d, mają zupełnie inną naturę: duża część ich całej objętości prawdopodobnie składa się z wody. Po raz pierwszy obserwujemy planety, które można z całą pewnością zidentyfikować jako wodne światy – dodał.
Przy objętości ponad trzykrotnie większej od Ziemi i dwukrotnie większej masie, planety Kepler-138 c i Kepler-138 d mają znacznie mniejszą gęstość niż Ziemia. Jest to zaskakujące, ponieważ większość planet niewiele większych od Ziemi, które do tej pory szczegółowo zbadano, wydawała się być skalistymi światami, takimi jak nasz. Najbliższym porównaniem do tych dwóch planet, zdaniem naukowców, byłyby niektóre lodowe księżyce w zewnętrznym Układzie Słonecznym, które również w dużej mierze składają się z wody otaczającej skaliste jądro.
- Wyobraźmy sobie większe wersje Europy lub Enceladusa, bogate w wodę księżyce krążące wokół Jowisza i Saturna, ale znajdujące się znacznie bliżej gwiazdy – przyznała Piaulet.
Naukowcy podkreślają, że omawiane planety mogą nie mieć oceanów, takich jak te na Ziemi, bezpośrednio przy powierzchni planety. Według nich cała ta woda może znajdować się w atmosferze pary wodnej. - Temperatury panujące w atmosferach Kepler-138 c i Kepler-138 d są prawdopodobnie wyższe od temperatury wrzenia wody, dlatego spodziewamy się gęstej atmosfery złożonej z pary wodnej na tych planetach. Tylko w tej atmosferze potencjalnie może znajdować się woda w stanie ciekłym pod wysokim ciśnieniem, a nawet woda w innej fazie, w tzw. stanie nadkrytycznym – powiedziała Piaulet.
Niedawno inny zespół z Uniwersytetu Montrealskiego odkrył egzoplanetę zwaną TOI-1452 b, która potencjalnie w całości może być pokryta oceanem, ale do zbadania jej atmosfery i potwierdzenia jej charakterystyki naukowcy będą musieli skorzystać z ogromnych możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (więcej na temat TOI-1452 b w tekście: Planeta pozasłoneczna w całości pokryta wodą? Nowe odkrycie astronomów).
Naukowcy ustalili, że dwa wodne światy Kepler-138 c i d są bliźniaczymi planetami o bardzo zbliżonej wielkości i masie, podczas gdy wcześniej uważano, że są drastycznie różne planety. W badaniach tych potwierdzono również, że najbliżej okrążająca swoją gwiazdę planeta, Kepler-138 b, jest małą planetą o masie podobnej do Marsa, jedną z najmniejszych odkrytych dotychczas egzoplanet.
- W miarę jak nasze instrumenty i techniki stają się wystarczająco czułe, aby znajdować i badać planety znajdujące się dalej od swoich gwiazd, możemy zacząć znajdować znacznie więcej wodnych światów, takich jak Kepler-138 c i d – podsumował Benneke.
Źródło: University of Montreal, fot. Benoit Gougeon (University of Montreal)
