Niezwykła atmosfera egzoplanety zbadana przez Teleskop Jamesa Webba

Niezwykła atmosfera egzoplanety zbadana przez Teleskop Jamesa Webba

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dokonał molekularnego i chemicznego portretu nieba odległej globu. Naukowcy z NASA zwracają uwagę, że badana atmosfera egzoplanety jest niespotykana.

.Zestaw bardzo czułych instrumentów Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), został skierowany w stronę planety, o masie zbliżonej do Saturna. Krąży ona wokół gwiazdy oddalonej o około 700 lat świetlnych od Ziemi, znanej jako WASP-39 b. Wcześniej inne teleskopy kosmiczne, w tym Hubble i Spitzer, ujawniły pojedyncze składniki, z których składa się atmosfera egzoplanety. Jednak, jak podaje portal Phys.org, nowe odczyty uzyskane za pomocą Teleskopu Webba, dostarczają pełnego składu atomów, cząsteczek, a nawet oznak aktywności chemicznej i chmur tego ciała niebieskiego.  

Wyrazistość sygnałów z wielu różnych molekuł w danych jest niezwykła. Przewidywaliśmy, że zobaczymy wiele z tych sygnałów, ale mimo to, kiedy po raz pierwszy zobaczyłam dane, byłam w zachwycie – mówi Mercedes López-Morales, astronom w Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian. 

Odkrycie to potwierdza zdolność JWST do przeprowadzenia szerokiego zakresu badań egzoplanet, krążących wokół gwiazdy innej, niż Słońce. Obejmuje ona możliwość sprawdzenia atmosfer mniejszych, skalistych planet, takich jak te w układzie TRAPPIST-1. 

Obserwowaliśmy tę egzoplanetę za pomocą wielu instrumentów, które razem zapewniają szeroki zakres widma podczerwonego oraz szereg odcisków chemicznych niedostępnych do czasu Teleskopu Webba – mówi Natalie Batalha, astronom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. 

Niespotykane odkrycie 

.Dzięki pozyskanym danym, pierwszy raz udało się wykryć w atmosferze egzoplanety dwutlenek siarki, cząsteczki wytwarzanej w wyniku reakcji chemicznych wywołanych wysokoenergetycznym światłem pochodzącym od macierzystej gwiazdy danej planety. Na Ziemi w podobny sposób powstaje ochronna warstwa ozonowa w górnej części atmosfery.

Zaskakujące wykrycie dwutlenku siarki ostatecznie potwierdza, że fotochemia kształtuje klimat gorących globów. Atmosfera Ziemi również kształtowana jest przez fotochemię, więc nasza planeta ma więcej wspólnego z tego typu planetami niż wcześniej wiedzieliśmy – mówi Diana Powell, stypendystka NASA. 

Przy szacowanej temperaturze 900 stopni Celsjusza i atmosferze składającej się głównie z wodoru, uważa się, że WASP-39 b nie nadaje się do zamieszkania. Egzoplaneta jest masą podobna do Saturna, a rozmiarem do Jowisza.

Odkryta planeta okrąża swoją gwiazdę w odległości osiem razy mniejszej, niż Merkury orbituje wokół Słońca. Czyni ją to również laboratorium do badania wpływu promieniowania gwiazdy-gospodarza na egzoplanety. 

atmosfera egzoplanety
Fot. NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Lepsza wiedza na temat połączenia gwiazd z planetami pozwoli lepiej zrozumieć, jak te procesy kształtują różnorodność globów, obserwowanych w galaktyce. 

Innymi składnikami atmosfery, wykrytymi przez JWST, są sód, potas i para wodna. Potwierdza to wcześniejsze obserwacje teleskopów kosmicznych i naziemnych. Jednak Webb dostarczył dwukrotnie więcej danych, niż uzyskano w czasie poprzednich obserwacji. Dzięki temu wykryto dwutlenek węgla. Stwierdzono również obecność tlenek uwęgla. Sygnatury metanu jak i siarkowodoru nie były obecne w danych. Jeśli cząsteczki te są obecne, to występują w bardzo niskich stężeniach, co jest istotnym odkryciem dla naukowców dokonujących inwentaryzacji chemii egzoplanet.

Uchwycenie szerokiego spektrum atmosfery WASP-39 b było wyzwaniem dla naukowców. Międzynarodowy zespół ,liczący setki osób, niezależnie analizował dane z czterech trybów precyzyjnie skalibrowanych instrumentów Teleskopu Jamesa Webba. Dokonali oni szczegółowych porównań swoich ustaleń, uzyskując jeszcze bardziej zaawansowane naukowo wyniki. 

Działanie Teleskopu Webba  

.JWST widzi wszechświat w świetle podczerwonym. Pozwala to teleskopowi zbierać chemiczne “odciski palców”, które nie mogą zostać wykryte w świetle widzialnym. Każdy z trzech instrumentów, dzięki którym dokonano odkrycia, ma nawet w nazwie “IR” od podczerwieni: NIRSpec, NIRCam i NIRISS. 

Aby zobaczyć światło z WASP-39 b, Teleskop Jamesa Webba śledził planetę, gdy przechodziła przed swoją gwiazdą, pozwalając, aby część światła gwiazdy przefiltrowała się przez atmosferę planety. Różne rodzaje związków chemicznych w atmosferze pochłaniają różne widma światła, więc kolory, których brakuje mówią astronomom, jakie cząsteczki są w niej obecne.

Dzięki tak dokładnemu zbadaniu atmosfery egzoplanety, instrumenty JWST przekroczyły oczekiwania naukowców. Jest to zapowiedź nowego etapu badań wśród szerokiej gamy planet, znajdujących się w galaktyce. 

Oprac. Emil Gołoś

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 24 listopada 2022
Fot. NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)