Nowe badanie sugeruje, iż L 98-59 d może być przedstawicielem nowego typu egzoplanet: gorących, bogatych w lotne związki i częściowo płynnych.
L 98-59 d wygląda tak, jakby ktoś próbował ugotować planetę z najgorszych możliwych składników: rozpalonego wnętrza, gęstej atmosfery i chemii, która bardziej kojarzy się z wulkanicznym koszmarem, niż z czymkolwiek przyjaznym życiu. Nowe badanie sugeruje, iż ten świat nie mieści się ani w szufladce skalista superziemia, ani w szufladce wodny glob, ale może być pierwszym dobrze rozpoznanym przykładem innego typu planety: małej, lekkiej, bogatej w lotne związki i podtrzymywanej przez długowieczny ocean magmy.
To nie jest zwykła superziemia, tylko obiekt, który nie chce pasować do żadnej znanej kategorii
L 98-59 d krąży wokół czerwonego karła oddalonego od nas o około 35 lat świetlnych. Wiadomo, iż ma promień wynoszący około 1,63 promienia Ziemi, obiega swoją gwiazdę w 7,45 dnia i należy do zwartego układu z co najmniej 5 znanymi planetami. Już same te liczby czyniły go świetnym celem dla teleskopów, ale prawdziwy problem zaczął się wtedy, gdy okazało się, iż jak na swój rozmiar planeta ma zaskakująco małą gęstość. To oznaczało, iż nie da się jej łatwo wyjaśnić jako prostego skalistego świata z żelaznym jądrem.
W pracy opublikowanej w Nature Astronomy zespół nie ogłasza, iż zobaczył ocean magmy bezpośrednio. Tego dziś zrobić się nie da. Badacze połączyli jednak dane o promieniu, gęstości i atmosferze z rozbudowanym modelem ewolucji wnętrza oraz atmosfery.
Z tego zestawienia wyszedł bardzo niewygodny wniosek: L 98-59 d nie pasuje ani do klasycznego scenariusza o gazowym karle, czyli niewielkiej planety z grubszą atmosferą wodorową, ani do scenariusza o globie bogatym w wodę i lód. Najlepiej tłumaczy ją historia, w której przez miliardy lat utrzymał się tam głęboki, trwały ocean magmy przechowujący ogromne ilości lotnych związków.
Atmosfera wygląda jak dusząca chmura siarki, ale jej chemia jest bardziej złożona
Najciekawiej jest, jak przyjrzymy się jej atmosferze. Już sama analiza pojedynczego tranzytu z JWST z 2024 r. dała wskazówki, iż widmo L 98-59 d nie jest płaskie i może zawierać sygnały związków siarki, przede wszystkim siarkowodoru i dwutlenku siarki. Autorzy tamtej pracy jednak byli ostrożni, mówili o wskazówkach i podkreślali, iż potrzeba kolejnych obserwacji, by potwierdzić wynik. Nauka wciąż jest na etapie coraz mocniejszych, ale jednak pośrednich argumentów.
Nowe badanie nie tyle kasuje tę ostrożność, ile osadza ją w dużo szerszym obrazie. Model sugeruje, iż obserwowany dwutlenek siarki może powstawać wysoko w atmosferze fotochemicznie, czyli wskutek reakcji wywoływanych przez promieniowanie ultrafioletowe czerwonego karła w atmosferze zdominowanej przez wodór.
Jednocześnie większość siarki nie musi krążyć swobodnie w powietrzu. Znaczna jej część może być zbuforowana w głębokim, częściowo płynnym wnętrzu planety, a następnie przez bardzo długi czas uwalniana i ponownie wiązana. To właśnie ten mechanizm sprawia, iż atmosfera nie wygląda jak zwykły, cienki ślad po dawnej aktywności, ale jak element większego układu połączonego z wnętrzem.
Ocean magmy nie jest tu tylko dodatkiem, ale centralnym elementem całej układanki
W przypadku L 98-59 d ocean magmy nie oznacza kilku jezior lawy czy gorących plam na powierzchni. Autorzy modelu mówią o trwałym, planetarnym stanie częściowego stopienia, w którym płynne lub półpłynne silikaty sięgają bardzo głęboko. Ich obliczenia wskazują, iż dziś planeta przez cały czas utrzymuje permanentny ocean magmy, a scenariusz z całkowicie zestaloną skałą jest niezgodny z obserwowaną gęstością.
Wprost piszą też, iż atmosfera wywołuje silny efekt cieplarniany, a razem z grzaniem pływowym pomaga podtrzymywać ten stan przez miliardy lat. Mówiąc prościej, ta planeta nie miała po prostu gorącej młodości, ale utknęła w niej na bardzo długo.
To szczególnie ciekawe, bo oceany magmy nie są czymś nietypowym samym w sobie. Planetolodzy uważają, iż we wczesnej historii niemal wszystkie skaliste planety, także Ziemia i Mars, przechodziły taki etap. Różnica polega na tym, iż u nas był to tylko stan przejściowy.
W przypadku L 98-59 d wszystko wskazuje na to, iż ów etap nie skończył się po kilku lub kilkudziesięciu milionach lat, ale został utrzymany przez kombinację wysokiej zawartości lotnych składników, koca atmosferycznego i zasilania energetycznego z wnętrza. To właśnie dlatego planeta jest tak cenna naukowo, bo nie pokazuje czegoś całkiem obcego fizyce, tylko proces znany także z historii Ziemi, ale doprowadzony do skrajności.
Być może patrzymy na obiekt, który kiedyś wyglądał bardziej jak mały subneptun
Jedna z najciekawszych części publikacji dotyczy przeszłości L 98-59 d. Z symulacji wynika, iż wcześniej ta planeta mogła być bardziej napompowana, a więc rozmiarami i ogólnym wyglądem bliższa subneptunom niż dzisiejszym superziemiom. Dopiero z czasem, wskutek chłodzenia i utraty części lotnych składników pod wpływem promieniowania gwiazdy, jej promień uległ zmniejszeniu do obecnej wartości. To by znaczyło, iż granica między superziemiami a subneptunami może nie być wyłącznie kwestią tego, jak planeta powstała, ale też tego, na jakim etapie ewolucji akurat ją obserwujemy.
L 98-59 d może być więc wskazówką, iż część małych planet wokół czerwonych karłów przechodzi długie, nietypowe fazy pośrednie między kategoriami, które dziś traktujemy dość sztywno. jeżeli tak, to klasyczne etykiety typu: skalista, gazowa, wodna mogą być po prostu zbyt proste dla części egzoplanet odkrywanych przez JWST i przyszłe misje. Autorzy pracy piszą wręcz, iż taki scenariusz pomaga wyjaśniać obserwowaną różnorodność superziem i subneptunów.
L 98-59 nie jest kandydatem do życia, ale może dużo powiedzieć o tym, jak planety w ogóle się starzeją
L 98-59 d nie jest światem, na którym z dozą dużego prawdopodobieństwa znajdziemy kiedykolwiek jakieś biosygnatury. Wszystko wskazuje na skrajnie nieprzyjazne warunki: wysoka temperatura, atmosfera bogata w związki siarki i wnętrze pozostające w stanie trwałego częściowego stopienia.
Paradoksalnie właśnie dlatego taka planeta jest tak cenna. Układy skrajne bardzo dobrze testują modele. jeżeli naukowcy potrafią spójnie połączyć atmosferę, gęstość, promień i historię termiczną tak niezwykłego obiektu, zyskują lepsze narzędzia do interpretacji całych populacji mniejszych planet krążących wokół czerwonych karłów.
Dodatkowym atutem jest sam układ L 98-59. To pobliski, zwarty system z kilkoma małymi planetami, który już wcześniej przyciągał uwagę, bo jedna z zewnętrznych planet trafiła do strefy sprzyjającej istnieniu wody w stanie ciekłym, a wewnętrzne światy różnią się rozmiarem, składem i prawdopodobnie historią. Dzięki temu astronomowie nie patrzą tylko na jeden obiekt, ale na małe laboratorium planetarne, w którym można porównywać różne drogi ewolucji wokół tej samej gwiazdy.
