K2-18b

K2-18b
Taiteilijan näkemys K2-18b:stä (oikealla), joka kiertää punaista kääpiötä K2-18 (vasemmalla). Niiden välissä näkyy eksoplaneetta K2-18c.
Taiteilijan näkemys K2-18b:stä (oikealla), joka kiertää punaista kääpiötä K2-18 (vasemmalla). Niiden välissä näkyy eksoplaneetta K2-18c.
Löytäminen
Havaintomenetelmä(t) Ylikulku
Tähden ominaisuudet
Tähden nimi K2-18
Tähden spektriluokka M3V
Kiertoradan ominaisuudet
Eksentrisyys 0,09
Kiertoaika 32,9 vrk
Fyysiset ominaisuudet
Massa 8,63±1,35 ME
Säde 2,610±0,087 RE
Tiheys 2,67 kg/m³
Lämpötila 265 ± 5 K
Putoamiskiihtyvyys 12,43 m/s²
Tässä taiteilijan näkemyksessä näkyy planeetta K2-18b, sen isäntätähti ja sen mukana oleva planeetta tässä järjestelmässä. K2-18b on nyt ainoa eksoplaneetta, jonka tiedetään sisältävän sekä vettä että lämpötiloja, jotka voisivat tukea elämää. UCL:n tutkijat käyttivät NASA/ESA Hubble -avaruusteleskoopin vuosina 2016 ja 2017 kuvaamia arkistoaineistoja ja kehittivät avoimen lähdekoodin algoritmeja analysoidakseen K2-18b:n ilmakehän läpi suodattunutta tähdenvaloa. Tulokset paljastivat vesihöyryn molekyylijäljen, joka viittaa myös vedyn ja heliumin esiintymiseen planeetan ilmakehässä.

K2-18b, joka tunnetaan myös nimellä EPIC 201912552 b, on 124 valovuoden päässä Maasta sijaitsevaa punaista kääpiötä, K2-18, kiertävä eksoplaneetta.

Ominaisuudet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

K2-18b:n massa on 8,63±1,35 maan massaa (ME). Se kiertää tähtensä 33 päivässä.[1] Maasta käsin sen voi nähdä kulkevan tähden edestä.[2] Planeetta on todennäköisesti vuorovesilukittu tähteensä, vaikka myös Merkuriuksen kaltainen keskiliikeresonanssi on mahdollinen.[3]

K2-18b:n tiheys on noin 2,67 g/cm3 (Maan ja Neptunuksen välimaastossa), mikä viittaa siihen, että planeetalla on vetypitoinen kuori. Planeetta voi olla joko kivipitoinen ja sillä voi olla paksu kuori tai se voi olla koostumukseltaan Neptunuksen kaltainen. Pelkkä vesiplaneetta, jolla on ohut ilmakehä, on epätodennäköisempi.[4]

Tähti on 2 400±600 miljoonaa vuotta vanha[5] ja planeetan muodostuminen on saattanut kestää muutamia miljoonia vuosia.[6][7] Jos valtameri on olemassa, sen alla on todennäköisesti korkeapaineinen jääkerros kivisen ytimen päällä, mikä saattaa horjuttaa planeetan ilmastoa estämällä materiaalivirrat ytimen ja valtameren välillä.[7]

Mahdollinen valtameri

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kriittisen pisteen ylittävissä lämpötiloissa nesteet ja kaasut lakkaavat olemasta eri faaseissa, eikä valtameren ja ilmakehän välillä ole enää eroa.[8] On epäselvää, viittaavatko havainnot siihen, että erillisen nestemäisen valtameren olemassaolo K2-18b:llä on mahdollista[6] ja tällaisen valtameren havaitseminen on vaikeaa ulkopuolelta käsin[9]; sen olemassaoloa ei voi päätellä tai sulkea pois pelkästään planeetan massan ja säteen perusteella.[10]

Nestemäisen valtameren olemassaolo on epätodennäköistä K2-18b:llä[9]; kuoren alla oleva vesi on todennäköisemmin ylikriittisessä tilassa.[4] Hivenkaasuja, kuten hiilivetyjä ja ammoniakkia, voi hävitä ilmakehästä valtamereen, jos sellainen on olemassa; niiden läsnäolo voi siten merkitä valtameren ja ilmakehän välisen eron puuttumista.[11]

Vesimaailma vai laavamaailma

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 2024 Nasan tutkijaryhmä ilmoitti, että K2-8b:stä tehdyt havainnot sopisivat yhtä hyvin sekä vesimaailmaan että laavan peittämään maailmaan. [12] Myös laavameri tuottaa K2-18b:n spektrin piirteet.[13]

Ilmakehä ja ilmasto

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hubble-avaruusteleskoopilla tehtyjen havaintojen perusteella K2-18b:n ilmakehän on arvioitu koostuvan lähinnä vedystä.[4] Vesihöyryn osuus ilmakehästä on 0,7-1,6 prosenttia, kun taas ammoniakkipitoisuudet näyttävät olevan mittaamattoman alhaisia[4], ja metaania saattaa esiintyä joko tämäntyyppiselle planeetalle tavanomaisia määriä tai se voi olla hyvin vähäistä.[6] Hiilioksideja ei ole raportoitu[14], ainoastaan niiden pitoisuuksien yläraja (muutama prosentti) on määritetty.[15] Ilmakehän osuus planeetan massasta on korkeintaan 6,2 %[4], ja sen koostumus muistuttaa luultavasti Uranuksen ja Neptunuksen koostumusta.[6]

Ilmakehän pilvistä on vain vähän todisteita[4], ja todisteet mahdollisista vesipilvistä ovat ristiriitaisia.[16][6] Jos niitä on olemassa, pilvet ovat todennäköisesti jäisiä, mutta nestemäinen vesi on mahdollista.[3] Veden lisäksi ammoniumkloridi, natriumsulfidi, kaliumkloridi ja sinkkisulfidi voivat muodostaa pilviä K2-18b:n ilmakehässä, riippuen planeetan ominaisuuksista.[6] Useimmat tietokonemallit ennustavat, että korkealla sijaitsevaan ilmakehään muodostuu lämpötilainversio, joka mahdollistaa stratosfäärin syntymisen.[16]

Elinkelpoisuus

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Maasta peräisin olevat mikro-organismit voivat selviytyä vetypitoisissa ilmakehissä, mikä osoittaa, että vety ei ole este elämälle. Useat elämän läsnäolon tunnistamiseen käytetyt biosignaalikaasut eivät kuitenkaan ole luotettavia indikaattoreita, kun niitä esiintyy vetypitoisessa ilmakehässä, joten K2-18b:n biologisen aktiivisuuden tunnistamiseen tarvittaisiin erilaisia merkkiaineita. Madhusudhanin ym. mukaan useat näistä merkkiaineista voitaisiin havaita James Webb -avaruusteleskoopilla kohtuullisen havaintomäärän jälkeen.[2]

Löytö- ja tutkimushistoria

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Planeetta löydettiin vuonna 2015 Kepler-avaruusteleskoopilla[17], ja sen olemassaolo vahvistettiin myöhemmin Spitzer-avaruusteleskoopilla ja Doppler-nopeustekniikoilla.[18] Varhaisissa arvioissa tähden säteestä oli huomattavia virheitä, mikä johti virheellisiin arvioihin planeetan säteestä ja planeetan tiheyden yliarviointiin.[1] Läpikulkuanalyysit poissulkevat sen, että ne johtuisivat näkymättömistä seuralaistähdistä, muista planeetoista tai havaintojen systemaattisista virheistä.[17] Vesihöyryn spektroskooppisen merkin löytyminen K2-18b:ltä vuonna 2019 oli ensimmäinen vesihöyryn löytyminen eksoplaneetalta, joka ei ole Kuuma Jupiter[5], ja se herätti paljon keskustelua.[9]

K2-18b:tä on käytetty eksoplaneettatutkimusten testitapauksena.[16] K2-18b:n ominaisuudet ovat johtaneet "Hycean-planeetan" määritelmään, joka on planeettatyyppi, jolla on sekä runsaasti nestemäistä vettä että vetykuori. Koostumukseltaan vastaavia planeettoja luultiin aiemmin liian kuumiksi ollakseen asumiskelpoisia; K2-18b:n havainnot sen sijaan viittaavat siihen, että ne saattavat olla tarpeeksi kylmiä, jotta niillä voisi olla elämän mahdollistavia nestemäisen veden valtameriä. Vetykuoren voimakas kasvihuoneilmiö saattaa mahdollistaa sen, että ne pysyvät asumiskelpoisina jopa alhaisilla tähtisäteilypitoisuuksilla.[19]

Syyskuussa 2023 Nasa ilmoitti, että James Webb -avaruusteleskoopin havainnot paljastivat metaanin, hiilidioksidin ja mahdollisesti dimetyylisulfidin (DMS) esiintymisen.[20][21] DMS:n esiintyminen on potentiaalinen biosignaalilähde, sillä suurin osa Maan ilmakehän DMS:stä vapautuu meriympäristöjen kasviplanktonista. Tarvitaan kuitenkin vielä lisätutkimuksia ja sen poissulkemista, että yhdiste olisi geologista tai kemiallista alkuperää.[22][23]


Lähteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑ a b Björn Benneke, Ian Wong, Caroline Piaulet, Heather A. Knutson, Joshua Lothringer, Caroline V. Morley, Ian J. M. Crossfield, Peter Gao, Thomas P. Greene, Courtney Dressing, Diana Dragomir, Andrew W. Howard, Peter R. McCullough, Eliza M.-R. Kempton, Jonathan J. Fortney, Jonathan Fraine: Water Vapor and Clouds on the Habitable-zone Sub-Neptune Exoplanet K2-18b. The Astrophysical Journal Letters, 2019-12, 887. vsk, nro 1, s. L14. doi:10.3847/2041-8213/ab59dc ISSN 2041-8205 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
  2. ↑ a b Madhusudhan, Nikku ym.: Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds. The Astrophysical Journal, 26.8.2021. The American Astronomical Society. doi:10.3847/1538-4357/abfd9c/meta Artikkelin verkkoversio. Viitattu 13.9.2023.
  3. ↑ a b B. Charnay, D. Blain, B. Bézard, J. Leconte, M. Turbet, A. Falco: Formation and dynamics of water clouds on temperate sub-Neptunes: the example of K2-18b. Astronomy & Astrophysics, 1.2.2021, 646. vsk, s. A171. doi:10.1051/0004-6361/202039525 ISSN 0004-6361 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
  4. ↑ a b c d e f Madhusudhan, Nikku ym.: The Interior and Atmosphere of the Habitable-zone Exoplanet K2-18b. The Astrophysical Journal Letters, 27.2.2020. American Astronomical Society. doi:10.3847/2041-8213/ab7229/meta Artikkelin verkkoversio. Viitattu 13.9.2023.
  5. ↑ a b Guinan, Edward F. ym: The K2-18b Planetary System: Estimates of the Age and X-UV Irradiances of a Habitable Zone "Wet" Sub-Neptune Planet. RNAAS, 2019. The American Astronomical Society. doi:10.3847/2515-5172/ab6086/meta Artikkelin verkkoversio. Viitattu 13.9.2023.
  6. ↑ a b c d e f D. Blain, B. Charnay, B. Bézard: 1D atmospheric study of the temperate sub-Neptune K2-18b. Astronomy & Astrophysics, 1.2.2021, 646. vsk, s. A15. doi:10.1051/0004-6361/202039072 ISSN 0004-6361 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
  7. ↑ a b Nixon, Matthew C. ym: How deep is the ocean? Exploring the phase structure of water-rich sub-Neptunes academic.oup.com. 17.6.2021. Royal Astronomical Society. Viitattu 13.9.2023.
  8. ↑ Pierrehumbert, Raymond T.: The Runaway Greenhouse on Sub-Neptune Waterworlds. The Astrophysical Journal, 2023, nro 911. doi:10.3847/1538-4357/acafdf/meta Artikkelin verkkoversio. Viitattu 13.9.2023.
  9. ↑ a b c May, E. M. ym: From Super-Earths to Mini-Neptunes: Implications of a Surface on Atmospheric Circulation. The Astrophysical Journal, 2020. The American Astronomical Society. doi:10.3847/1538-4357/ab838b/meta Artikkelin verkkoversio. Viitattu 13.9.2023.
  10. ↑ Quentin Changeat, Billy Edwards, Ahmed F. Al-Refaie, Angelos Tsiaras, Ingo P. Waldmann, Giovanna Tinetti: Disentangling atmospheric compositions of K2-18 b with next generation facilities. Experimental Astronomy, 2022, 53. vsk, nro 2, s. 391–416. PubMed:35673553 doi:10.1007/s10686-021-09794-w ISSN 0922-6435 Artikkelin verkkoversio.
  11. ↑ Xinting Yu, Julianne I. Moses, Jonathan J. Fortney, Xi Zhang: How to Identify Exoplanet Surfaces Using Atmospheric Trace Species in Hydrogen-dominated Atmospheres. The Astrophysical Journal, 1.6.2021, 914. vsk, nro 1, s. 38. doi:10.3847/1538-4357/abfdc7 ISSN 0004-637X Artikkelin verkkoversio.
  12. ↑ Tähdet ja avaruus: Osa valtameriplaneetoista saattaakin olla laavan peitossa www.avaruus.fi. Viitattu 11.2.2024.
  13. ↑ Oliver Shorttle, Sean Jordan, Harrison Nicholls, Tim Lichtenberg, Dan J. Bower: Distinguishing Oceans of Water from Magma on Mini-Neptune K2-18b. The Astrophysical Journal Letters, 1.2.2024, 962. vsk, nro 1, s. L8. doi:10.3847/2041-8213/ad206e ISSN 2041-8205 Artikkelin verkkoversio.
  14. ↑ Bruno Bézard, Benjamin Charnay, Doriann Blain: Methane as a dominant absorber in the habitable-zone sub-Neptune K2-18 b. Nature Astronomy, 2022-05, 6. vsk, nro 5, s. 537–540. doi:10.1038/s41550-022-01678-z ISSN 2397-3366 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
  15. ↑ Cubillos, Patricio E, ym.: The PYRAT BAY framework for exoplanet atmospheric modelling: a population study of Hubble/WFC3 transmission spectra academic.oup.com. 2021. Royal Astronomical Society. Viitattu 13.9.2023.
  16. ↑ a b c Hu, Renyu: Photochemistry and Spectral Characterization of Temperate and Gas-rich Exoplanets. The Astrophysical Journal, 2021. The American Astronomical Society. doi:10.3847/1538-4357/ac1789/meta Artikkelin verkkoversio. Viitattu 13.9.2023.
  17. ↑ a b Benneke, Björn ym.: SPITZER OBSERVATIONS CONFIRM AND RESCUE THE HABITABLE-ZONE SUPER-EARTH K2-18b FOR FUTURE CHARACTERIZATION. The Astrophysical Journal, 2017. The American Astronomical Society. doi:10.3847/1538-4357/834/2/187/meta Artikkelin verkkoversio. Viitattu 13.9.2023.
  18. ↑ Leonardo A. dos Santos, David Ehrenreich, Vincent Bourrier, Nicola Astudillo-Defru, Xavier Bonfils, François Forget, Christophe Lovis, Francesco Pepe, Stéphane Udry: The high-energy environment and atmospheric escape of the mini-Neptune K2-18 b. Astronomy & Astrophysics, 1.2.2020, 634. vsk, s. L4. doi:10.1051/0004-6361/201937327 ISSN 0004-6361 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
  19. ↑ Chaneil James: New class of potentially habitable ocean worlds defined. Physics World, 1.12.2021, 34. vsk, nro 10, s. 7ii–7ii. doi:10.1088/2058-7058/34/10/09 ISSN 0953-8585 Artikkelin verkkoversio.
  20. ↑ Isabelle Yan: Webb Discovers Methane, Carbon Dioxide in Atmosphere of K2-18 b NASA. 8.9.2023. Viitattu 13.9.2023.
  21. ↑ Madhusudhan, Nikku ym.: Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere arxiv.org. 12.9.2023. Viitattu 13.9.2023.
  22. ↑ Jackie Wattles: Webb telescope spies signs of water on habitable-zone exoplanet CNN. 12.9.2023. Viitattu 13.9.2023. (englanniksi)
  23. ↑ Kaya Burgess, Science Reporter: Gas on water planet ‘is breakthrough in quest for alien life’ thetimes.co.uk. 13.9.2023. Viitattu 13.9.2023. (englanniksi)

Aiheesta muualla

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]


Käännös suomeksi
Käännös suomeksi
Tämä artikkeli tai sen osa on käännetty tai siihen on haettu tietoja muunkielisen Wikipedian artikkelista.
Alkuperäinen artikkeli: en:K2-18b