Proxima b herbergt mogelijk explosieve cryovulkanen en bewoonbare ondergrondse oceaan
Astronomen van de NASA en de Universiteit van Washington hebben der totale interne verwarmingssnelheden en diepten van mogelijke ondergrondse oceanen geschat voor 17 exoplaneten die mogelijk koude oceaanplaneten zijn: exoplaneten met een lage massa en oppervlaktetemperaturen en/of dichtheden die consistent zijn met ijzige oppervlakken en aanzienlijk water. Net als de ijzige manen in ons buitenste zonnestelsel kunnen deze planeten astrobiologisch belangrijke werelden zijn die onder hun ijzige oppervlakken een bewoonbaar milieu herbergen.
Oceaanwerelden zijn een voorgestelde klasse van aardse exoplaneten met ene lage dichtheid en aanzienlijke vloeibare waterlagen.
Ze kunnen in verschillende klimatologische omstandigheden voorkomen, waaronder ijsvrij, gedeeltelijk met ijs bedekt of volledig bevroren aan het oppervlak.
De analyses van de onderzoekers voorspellen dat deze 17 exoplaneten misschien wel met ijs bedekte oppervlakten hebben, maar voldoende interne verwarming ontvangen door het verval van radioactieve elementen en de getijdenkrachten van hun moedersterren om de interne oceanen in stand te houden.
Dankzij de hoeveelheid interne verwarming die ze ervaren, kunnen alle planeten in het onderzoek ook cryovulkanische uitbarstingen vertonen in de vorm van geiserachtige pluimen.
De onderzoekers hebben de omstandigheden op 17 bevestigde exoplaneten met grofweg de grootte van de Aarde, onderzocht maar minder dicht zijn. Dit suggereert dat ze aanzienlijke hoeveelheden water en ijs zouden kunnen hebben in plaats van dichter gesteente.
Hoewel de exacte samenstelling van de planeten onbekend blijft geven initiële schattingen van hun oppervlaktetemperaturen uit eerdere onderzoeken allemaal aan dat ze veel kouder zijn dan de Aarde, wat erop wijst dat hun oppervlak bedekt zou kunnen zijn met ijs.
De auteurs hebben de schattingen van de oppervlaktetemperatuur van elke exoplaneet verbeterd door de bekende helderheid van het oppervlak en andere eigenschappen van de manen Europa en Enceladus als model te gebruiken.
Ze schatten dat ook de totale interne opwarming van deze exoplaneten door de vorm van de baan van elke exoplaneet te gebruiken om de door getijden gegenereerde warmte te verkrijgen en deze toe te voegen aan de verwachte warmte door radioactieve activiteit.
Schattingen van de oppervlaktetemperatuur en de totale verwarming gaven de dikte van de ijslaag voor elke exoplaneet weer, aangezien de oceanen aan de oppervlakte afkoelen en bevriezen terwijl ze van binnenuit worden verwarmd.
Tenslotte vergeleken ze deze cijfers met die van de maan Europa en gebruikten ze geschatte niveaus van geiseractiviteit van Europa als een conservatieve basislijn om de geiseractiviteit op de exoplaneten te schatten.
Ze voorspellen dat de oppervlaktetemperaturen tot wel 33 °C kouder zijn dan eerdere schattingen.
De geschatte dikte van de ijskorsten varieerde van ongeveer 58 meter voor Proxima b en 1,6 kilometer voor LHS 1140b tot 38,6 kilometer voor MOA-2007-BLG-192Lb, vergeleken met de geschatte dikte van de ijskorst op Europa van gemiddeld 29 kilometer.
De geschatte geiseractiviteit ging van slechts 8 kilogram per seconde voor Kepler 441b naar 290.000 kilogram per seconde voor LHS 1140b en 6 miljoen kilogram per seconden voor Proxima b, vergeleken met 2000 kilogram per seconde voor Europa.
Volgens de onderzoekers voorspellen hun modellen dat oceanen relatief dicht bij het oppervlak van Proxima b en LHS 1140b zijn te vinden en hun snelheid van geiseractiviteit honderden tot duizenden keren groter zou kunnen zijn dan die van Europa waardoor de kans groot is dat telescopen geologische activiteit op deze planeten kunnen detecteren.
Deze activiteit zou zichtbaar kunnen zijn wanneer de exoplaneet voor zijn ster langs beweegt. Bepaalde kleuren van het sterlicht kunnen worden gedimd of geblokkeerd door waterdamp uit de geisers.
Sporadische detecties van waterdamp, waarbij de hoeveelheid gedetecteerde waterdamp varieert in de tijd, zouden kunnen wijzen op de aanwezigheid van cryovulkaanuitbarstingen.
Het water kan andere elementen en verbindingen bevatten die kunnen onthullen of het leven kan ondersteunen.
Aangezien elementen en verbindingen licht absorberen bij specifieke kenmerkende kleuren, zou analyse van het sterlicht wetenschappers in staat stellen de sasmenstelling van de geiser te bepalen en het bewoonbaarheidspotentieel van de exoplaneet te beoordelen.
Een artikel met bevindingen van het team is in de Astrophysical Journal gepubliceerd.
Artikel: Lynnae C. Quick et al. 2023. Prospects for Cryovolcanic Activity on Cold Ocean Planets. ApJ 956, 29; doi: 10.3847/1538-4357/ace9b6
Eerste publicatie: 16 december 2023
Bron: sci-news
