Το Hubble “είδε” την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη GJ 1214b, Hubble Sees Cloudy Super-Worlds with Chance for More Clouds

Σύννεφα στην ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη GJ 1214b (καλλιτεχνική απεικόνιση). This is an illustration of the hypothetical appearance of the exoplanet GJ 1214b, which is known as a "super-Earth" type planet because it is slightly more than six Earth masses. Spectroscopic observations with NASA's Hubble Space Telescope provide evidence of high clouds blanketing the planet. These clouds hide any information about the composition and behavior of the world's lower atmosphere and surface. The composition of the clouds is unknown. GJ1214b is located 40 light-years from Earth, in the constellation Ophiuchus. Artwork Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI). Science Credit: NASA, ESA, L. Kreidberg and J. Bean (University of Chicago), and H. Knutson (California Institute of Technology)

Μία ομάδα αστρονόμων του κέντρου Αστρονομίας και Αστροφυσικής του πανεπιστημίου του Σικάγο έστρεψε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble προς την κατεύθυνση ενός σχετικά κοντινού εξωπλανήτη, προχωρώντας στον πλήρη χαρακτηρισμό μιας ατμόσφαιρας ενός πλανήτη εκτός Ηλιακού Συστήματος για πρώτη φορά μέχρι σήμερα.

Πρόκειται για τον πλανήτη GJ1214b, ο οποίος απέχει 40 έτη φωτός από τη Γη προς τον αστερισμό του Οφιούχου. Ανήκει στην κατηγορία των υπερ-Γαιών, πλανητών δηλαδή με μεγαλύτερη μάζα από τη Γη αλλά και μικρότερη από αυτή του ελαφρύτερου από τους «γίγαντες» του Ηλιακού Συστήματος, τον Ουρανό.

Οι υπερ-Γαίες θεωρείται πως είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος πλανητών στο Γαλαξία μας, σύμφωνα με τα μέχρι σήμερα στοιχεία. Εξαιτίας της εγγύτητάς του αλλά και του μικρού μεγέθους του μητρικού του άστρου, ο GJ1214b μάλιστα είναι ο πιο παρατηρηθείς στο είδος των υπερ-Γαιών.

Ο πλανήτης είχε εντοπισθεί το 2009 από τo MEarth Project, ένα ρομποτικό παρατηρητήριο στις ΗΠΑ το οποίο παρακολουθεί δύο χιλιάδες κόκκινους νάνους προκειμένου να ανακαλύψει πλανήτες. Ήδη από το 2010 επίγεια τηλεσκόπια υπέδειξαν δύο εναλλακτικές πιθανότητες για την ατμόσφαιρά του GJ1214b: είτε περιείχε αποκλειστικά υδρατμούς ή κάποιο άλλο είδος βαρύτερου μορίου, είτε καλυπτόταν από σύννεφα σε υψηλό υψόμετρο τα οποία δεν επέτρεπαν την παρατήρηση της επιφάνειάς του και τον προσδιορισμό της σύνθεσής του.

This illustration compares the sizes of exoplanets GJ 436b and GJ 1214b with Earth and Neptune. These so-called super-Earths have masses between gas giants, like Neptune, and smaller, rocky planets, like Earth. No such type of planet exists in our solar system. NASA Hubble Space Telescope spectroscopic observations reveal that these worlds could very likely be smothered in clouds that cloak any information about the planets' underlying chemical compositions. This artistic rendering of the exoplanets is speculative and does not necessarily reflect what their true appearance might actually be. Credit: NASA, ESA, and A. Feild and G. Bacon (STScI)

Σύμφωνα όμως με τη νέα έρευνα που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature, νέες παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου Hubble επιβεβαιώνουν την ύπαρξη νεφών στον ουρανό του εξωπλανήτη. Οι ερευνητές χρειάστηκαν το Hubble για 96 ώρες κατά τη διάρκεια 11 μηνών παρατηρήσεων, χρόνο ρεκόρ για το τηλεσκόπιο.

«Φτάσαμε το Hubble στα όριά του για να κάνουμε αυτές τις μετρήσεις», δήλωσε η Λάουρα Κράιντμπεργκ, ερευνήτρια στο πανεπιστήμιο του Σικάγο. «Η συγκεκριμένη πρόοδος θα αποτελέσει τη βάση για το χαρακτηρισμό κι άλλων πλανητών, με παρόμοιες τεχνικές», κατέληξε.

Οι επιστήμονες ανέλυσαν το φάσμα από το φάσμα από το υπέρυθρο φως του GJ1214b για να εξακριβώσουν την παρουσία του στρώματος νεφών που καλύπτει των πλανήτη, αν και η ακριβής σύνθεσή τους δεν είναι ακόμη γνωστή. Τα υπολογιστικά μοντέλα προβλέπουν πως ίσως τα σύννεφα να αποτελούνται από χλωριούχο κάλλιο ή θειούχο ψευδάργυρο, σε θερμοκρασίες της τάξης των 230 βαθμών Κελσίου, μια πιθανότητα που τα διαφοροποιεί αρκετά σε σχέση με τα γνώριμα σύννεφα στο γήινο ουρανό.

Για να μάθουμε περισσότερα για αυτόν αλλά και για πολλούς ακόμη πλανήτες, θα χρειαστεί να περιμένουμε μερικά χρόνια για μεγαλύτερα διαστημικά τηλεσκόπια όπως το διαμέτρου 6.5 μέτρων James Webb της ΝΑSΑ, το οποίο αναμένεται να μπει σε τροχιά το 2018.

Μια στιγμή έμπνευσης του Stephen Hawking. A moment of inspiration of Stephen Hawking

Inspiration: As his body was eaten alive by the terrifying condition, he says he never allowed himself to be consumed by self pity.

To 1965 o Roger Penrose χρησιμοποίησε τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των κώνων φωτός στη γενική θεωρία της σχετικότητας και το γεγονός ότι η βαρύτητα είναι πάντα ελκτική για να αποδείξει ότι όταν ένα άστρο καταρρέει εξαιτίας της βαρύτητάς του, είναι εγκλωβισμένο σε μια περιοχή που η έκταση της επιφάνειάς της τείνει να μηδενιστεί.

Και αφού η επιφάνεια της περιοχής που περικλείει το άστρο μηδενίζεται, μηδενίζεται και ο όγκος της. Όλη η ύλη του άστρου συμπιέζεται σε μια περιοχή μηδενικού όγκου, οπότε η πυκνότητα και η καμπυλότητα του χωροχρόνου γίνονται άπειρες. Εμφανίζεται δηλαδή μια ιδιομορφία (ανωμαλία) σε μια περιοχή του χωροχρόνου που ονομάζεται «μαύρη τρύπα».

Με μια πρώτη ματιά το συμπέρασμα αυτό, που ονομάστηκε θεώρημα Penrose, φαινόταν ότι αφορά μόνο τα άστρα.

Την εποχή που ο Penrose διατύπωνε το θεώρημά του, ο Hawking ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής και αναζητούσε απεγνωσμένα ένα πρόβλημα για να συμπληρώσει την διδακτορική του διατριβή. Και το βρήκε εξαιτίας του Penrose.

Συνειδητοποίησε ότι αν αντέστρεφε την κατεύθυνση του χρόνου στο θεώρημα του Penrose, έτσι ώστε η συστολή να γίνει διαστολή, οι συνθήκες του θεωρήματος θα εξακολουθούσαν να ισχύουν.

Σύμφωνα με το θεώρημα του Penrose σε κάθε άστρο που κατέρρεε έπρεπε να υπάρχει ένα τέλος σε μια ιδιομορφία. Ο Ηawking αντέστρεψε τον χρόνο για να δείξει ότι η αρχή του Σύμπαντος που διαστέλλεται είναι μια ιδιομορφία.

Το παρακάτω βίντεο είναι ένα απόσπασμα από την πολύ καλή ταινία του BBC «Hawking», και περιγράφει την στιγμή της έμπνευσης του Hawking, όσον αφορά την αντιστροφή του χρόνου σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν:

Μετά από κάποια χρόνια, το 1970, οι Hawking και Penrose απέδειξαν ότι η ιδιομορφία της Μεγάλης Έκρηξης έπρεπε να υπάρχει, με τις μόνες προϋποθέσεις ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας ισχύει και ότι το Σύμπαν περιέχει όση ποσότητα ύλης παρατηρούμε. Αλλά από τότε άλλαξαν πάρα πολλά πράγματα…)

Μεθεόρτια, After the celebration

 

Φωτογραφίες: Κωνσταντίνος Βακουφτσής, Photos: Kostas Vakouftsis