Επιστήμονες που αξιοποίησαν το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb της NASA παρατήρησαν έναν σπάνιο τύπο εξωπλανήτη  – δηλαδή πλανήτη εκτός του Ηλιακού μας Συστήματος –  του οποίου η ατμοσφαιρική σύσταση αμφισβητεί όσα νομίζουμε ότι γνωρίζουμε για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες.

Το αντικείμενο, με την επίσημη ονομασία PSR J2322-2650b, έχει μάζα συγκρίσιμη με του Δία, αλλά φαίνεται να διαθέτει μια εξωτική ατμόσφαιρα κυριαρχούμενη από ήλιο και άνθρακα, όπως δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ ξανά.

Στην ατμόσφαιρά του πιθανότατα αιωρούνται νέφη αιθάλης, ενώ βαθύτερα στο εσωτερικό του, αυτά τα «σύννεφα άνθρακα» μπορεί να συμπυκνώνονται και να σχηματίζουν διαμάντια.

Το πώς ακριβώς προέκυψε ένας τέτοιος πλανήτης παραμένει μυστήριο, όπως αποτυπώνεται στην μελέτη που δημοσιεύεται στο The Astrophysical Journal Letters.

«Ήταν μια απόλυτη έκπληξη», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Πίτερ Γκάο, του Carnegie Earth and Planets Laboratory, στην Ουάσινγκτον.

«Θυμάμαι ότι μόλις κατεβάσαμε τα δεδομένα, η συλλογική μας αντίδραση ήταν: “Μα τι στο καλό είναι αυτό;” Είναι εντελώς διαφορετικό απ’ ότι περιμέναμε».

Ένας πλανήτης γύρω από…πάλσαρ

Αυτό το πλανητικής μάζας αντικείμενο ήταν ήδη γνωστό ότι περιφέρεται γύρω από ένα πάλσαρ – δηλαδή έναν ταχύτατα περιστρεφόμενο αστέρα νετρονίων.

Τα πάλσαρ εκπέμπουν δέσμες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε σταθερά χρονικά διαστήματα – από χιλιοστά του δευτερολέπτου έως λίγα δευτερόλεπτα.

Τις δέσμες αυτές τις «βλέπουμε» μόνο όταν είναι στραμμένες προς τη Γη, όπως ακριβώς ο φάρος ρίχνει το φως του περιοδικά.

Το συγκεκριμένο πάλσαρ, τύπου «millisecond pulsar», αναμένεται να εκπέμπει κυρίως ακτίνες γάμμα και άλλα σωματίδια υψηλής ενέργειας, τα οποία δεν είναι ορατά στην υπέρυθρη «όραση» του Webb.

Και επειδή δεν υπάρχει ένας φωτεινός αστέρας που να «πνίγει» τις μετρήσεις, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν τον πλανήτη με εντυπωσιακή λεπτομέρεια σε όλη του την τροχιά.

«Το σύστημα είναι μοναδικό, γιατί μπορούμε να βλέπουμε τον πλανήτη φωτισμένο από το άστρο-ξενιστή, αλλά να μην βλέπουμε καθόλου το ίδιο το άστρο», εξήγησε η Μάγια Μπελέζνι, υποψήφια διδάκτωρ στο Stanford, που δούλεψε στη μοντελοποίηση του σχήματος του πλανήτη και της γεωμετρίας της τροχιάς του.

«Έτσι παίρνουμε ένα εξαιρετικά “καθαρό” φάσμα και μπορούμε να το μελετήσουμε πολύ πιο διεξοδικά απ’ ότι τους συνηθισμένους εξωπλανήτες», προσθέτει.

Ο Μάικλ Ζανγκ (University of Chicago), κύριος ερευνητής της μελέτης, το έθεσε αλλιώς: «Ο πλανήτης περιφέρεται γύρω από ένα άστρο εντελώς αλλόκοτο – μάζα σαν του Ήλιου, αλλά μέγεθος όσο μια πόλη.

Πρόκειται για έναν νέο τύπο ατμόσφαιρας που δεν έχει ξαναδεί κανείς. Αντί για τα “συνηθισμένα” μόρια που περιμένουμε σε έναν εξωπλανήτη – νερό, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα – είδαμε μοριακό άνθρακα, συγκεκριμένα C3 και C2».

Γιατί ο μοριακός άνθρακας είναι τόσο παράξενος

Ο μοριακός άνθρακας θεωρείται εξαιρετικά ασυνήθιστος γιατί, σε αυτές τις θερμοκρασίες, αν υπάρχουν άλλα είδη ατόμων στην ατμόσφαιρα, ο άνθρακας τείνει να δεσμεύεται μαζί τους.

Στον PSR J2322-2650b οι θερμοκρασίες εκτιμάται ότι κυμαίνονται από περίπου 649 βαθμούς Κελσίου (στην πιο ψυχρή πλευρά της «νύχτας») έως 1.500 βαθμούς Κελσίου (στην πιο θερμή πλευρά της «ημέρας»). Ο μοριακός άνθρακας μπορεί να κυριαρχεί μόνο αν υπάρχει ελάχιστο οξυγόνο ή άζωτο.

Από περίπου 150 πλανήτες που έχουν μελετήσει οι αστρονόμοι εντός και εκτός του Ηλιακού Συστήματος, κανένας άλλος δεν εμφανίζει ανιχνεύσιμο μοριακό άνθρακα.

Τροχιά-αστραπή και σχήμα…λεμονιού

Ο PSR J2322-2650b βρίσκεται απίστευτα κοντά στον «αστέρα» του, μόλις 1.610.000 χλμ. μακριά.

Για σύγκριση, η Γη απέχει περίπου 160 εκατομμύρια χλμ. από τον Ήλιο. Εξαιτίας αυτής της ασφυκτικά μικρής τροχιάς, το «έτος» του – ο χρόνος για μία πλήρη περιφορά – διαρκεί μόλις 7,8 ώρες.

Οι ισχυρές βαρυτικές δυνάμεις του πολύ βαρύτερου πάλσαρ παραμορφώνουν τον πλανήτη και τον «τεντώνουν» σε ένα αλλόκοτο, λεμονοειδές σχήμα.

Σε καλλιτεχνική απεικόνιση της NASA/ESA/CSA, ο πλανήτης εμφανίζεται μερικώς φωτισμένος, πιο λαμπερός στην επιμήκη «άκρη» του, με αποχρώσεις κόκκινου, ροζ και φούξια, να χάνεται στη σκοτεινή πλευρά του φόντου.

Ένα «black widow» σύστημα – αλλά όχι όπως τα άλλα

Το άστρο και ο πλανήτης μπορούν να χαρακτηριστούν ως σύστημα τύπου «black widow» («μαύρη χήρα»), αν και όχι τυπικό.

Τα black widow συστήματα είναι σπάνια δυαδικά συστήματα όπου ένα ταχύτατα περιστρεφόμενο πάλσαρ συνυπάρχει με έναν μικρό, χαμηλής μάζας αστέρα-συνοδό.

Στο παρελθόν, υλικό από τον συνοδό «έπεφτε» στο πάλσαρ, επιταχύνοντας την περιστροφή του και ενισχύοντας έναν ισχυρό «άνεμο».

Στη συνέχεια, αυτός ο άνεμος και η ακτινοβολία βομβαρδίζουν και εξαχνώνουν τον μικρότερο συνοδό.

Όπως η αράχνη, έτσι και το πάλσαρ σταδιακά «καταναλώνει» τον σύντροφό του.

Εδώ, όμως, ο συνοδός θεωρείται επίσημα εξωπλανήτης και όχι άστρο.

Η Διεθνής Αστρονομική Ένωση (IAU) ορίζει ως εξωπλανήτη ένα ουράνιο σώμα κάτω από 13 μάζες Δία που περιφέρεται γύρω από άστρο, καφέ νάνο ή αστρικό κατάλοιπο, όπως ένα πάλσαρ.

Από τους περίπου 6.000 γνωστούς εξωπλανήτες, αυτός είναι ο μοναδικός που θυμίζει γίγαντα αερίων (με μάζα, ακτίνα και θερμοκρασία παρόμοιες με ενός «hot Jupiter») σε τροχιά γύρω από πάλσαρ.

Μόνο λίγα πάλσαρ είναι γνωστό ότι έχουν πλανήτες.

«Ακυρώνει» όλες τις γνωστές θεωρίες σχηματισμού

«Σχηματίστηκε σαν “κανονικός” πλανήτης; Όχι, γιατί η σύστασή του είναι εντελώς διαφορετική», εξήγησε ο Ζάνγκ.

«Σχηματίστηκε αφαιρώντας το “εξωτερικό” ενός άστρου, όπως συμβαίνει στα “κλασικά” black widow; Μάλλον όχι, γιατί η πυρηνική φυσική δεν παράγει καθαρό άνθρακα. Είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς προκύπτει αυτή η ακραία, άνθρακα-εμπλουτισμένη σύσταση. Σαν να αποκλείει κάθε γνωστό μηχανισμό σχηματισμού», υπογραμμίζει.

Ο συν-συγγραφέας Ρότζερ Ρομάνι (Stanford/Kavli Institute) προτείνει ένα εντυπωσιακό σενάριο για το τι μπορεί να συμβαίνει: «Καθώς ο συνοδός ψύχεται, το μίγμα άνθρακα και οξυγόνου στο εσωτερικό αρχίζει να κρυσταλλώνεται», είπε.

«Κρύσταλλοι καθαρού άνθρακα ανεβαίνουν προς τα πάνω και αναμιγνύονται με το ήλιο – κι αυτό είναι που βλέπουμε. Αλλά μετά πρέπει να συμβεί κάτι ώστε να κρατηθούν μακριά το οξυγόνο και το άζωτο. Εκεί βρίσκεται το μυστήριο», όπως τονίζει.

«Αλλά είναι ωραίο να μην τα ξέρουμε όλα», πρόσθεσε. «Ανυπομονώ να μάθω περισσότερα για την παραδοξότητα αυτής της ατμόσφαιρας. Είναι υπέροχο να έχεις ένα αίνιγμα να κυνηγήσεις».

Σε σχετικό animation, ο εξωπλανήτης εμφανίζεται να περιφέρεται γύρω από το πάλσαρ σε απόσταση περίπου 1 εκατομμυρίου μιλίων και να παραμορφώνεται σε «λεμονί» από τις ισχυρές παλιρροϊκές δυνάμεις.

Μια ανακάλυψη με «υπογραφή» Webb

Χάρη στην υπέρυθρη όραση και την εξαιρετική ευαισθησία του, αυτή είναι μια ανακάλυψη που, σύμφωνα με τους ερευνητές, μόνο το Webb θα μπορούσε να κάνει.

Η θέση του, περίπου 1.6 εκατομμύριο χλμ από τη Γη, και η τεράστια ηλιοπροστασία του κρατούν τα όργανά του πολύ ψυχρά – κάτι απαραίτητο για τέτοιου τύπου παρατηρήσεις. Η ίδια μελέτη δεν θα ήταν δυνατό να πραγματοποιηθεί από το έδαφος.

Το James Webb Space Telescope είναι το κορυφαίο διαστημικό επιστημονικό παρατηρητήριο παγκοσμίως.

Ερευνά μυστήρια στο Ηλιακό μας Σύστημα, κοιτά προς μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα άστρα και εξερευνά τις δομές και τις απαρχές του Σύμπαντος – και τη θέση μας μέσα σε αυτό.

Πρόκειται για διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA και εταίρους την ESA (European Space Agency) και την CSA (Canadian Space Agency).