JWST zagląda w atmosferę egzoplanety bombardowanej promieniowaniem gwiazdowym

W tym tygodniu astronomowie ogłosili, że znaleźli dowody na reakcje chemiczne w atmosferze egzoplanety oddalonej o 700 lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba stworzyli szczegółowy chemiczny portret palących gazów wirujących wokół egzoplanety WASP-39b. Ta planeta „gorącego Saturna” krąży bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej, co oznacza, że ​​ma wysokie temperatury dochodzące do 1600 stopni Fahrenheita lub 900 stopni Celsjusza. Jest również puszysty, ma około jednej czwartej masy Jowisza, ale 1,3 razy większy.

Wczesne dane o WASP-39b zostały udostępnione tego lata, kiedy JWST wykrył dwutlenek węgla w atmosferze — po raz pierwszy wykryto ten gaz na planecie poza naszym Układem Słonecznym. Teraz bardziej szczegółowy obraz jego atmosfery został namalowany w a seria papierów opublikowane niedawno na arXiv, z których trzy zostały zaakceptowane do publikacji w Nature, a dwa z nich są w trakcie recenzji, w ramach programu mającego na celu szybko udostępniać obserwacje i dane wykonane przez teleskop naukowcom z całego świata. Naukowcy wykorzystali trzy instrumenty Webba, NIRSpec, NIRCam i NIRISS, do zebrania informacji spektroskopowych o atmosferze planety.

„Obserwowaliśmy egzoplanetę za pomocą kilku instrumentów, które razem pokrywają szeroki zakres widma w podczerwieni i wachlarz chemicznych odcisków palców niedostępnych do czasu JWST” – powiedziała jedna z badaczek, Natalie Batalha z University of California, Santa Cruz, w oświadczenie. „Dane takie jak te zmieniają reguły gry”.

W ostatniej dekadzie badacze astronomii odkryli mnóstwo egzoplanet lub planet poza Układem Słonecznym. Do tej pory potwierdzono ponad 5000 egzoplanet, a teraz wyzwaniem jest głębsze zrozumienie tych planet. Nie tylko poznanie rozmiaru lub masy egzoplanety, najnowocześniejsze badania koncentrują się teraz na poznawaniu ich atmosfer. A narzędzia takie jak JWST umożliwiają wgląd w te odległe atmosfery bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej.

Instrumenty JWST są wykorzystywane do wykonywania techniki zwanej spektroskopią tranzytową. Obserwują światło pochodzące z gwiazdy macierzystej, gdy przechodzi ono przez atmosferę planety. To światło jest podzielone na różne długości fal, dzięki czemu naukowcy mogą zobaczyć, które długości fal zostały pochłonięte. Różne substancje chemiczne pochłaniają różne długości fal światła, co pozwala naukowcom określić skład atmosfery planety.

Badania wykazały, że w atmosferze znajdował się sód, potas, tlenek węgla i para wodna, co potwierdza wcześniejsze ustalenia, że ​​WASP-39b zawiera parę wodną w swojej atmosferze. Ale znalazł także dwutlenek siarki, po raz pierwszy tę cząsteczkę wykryto w atmosferze egzoplanety. Znalezienie tych cząsteczek wskazuje na proces podobny do tego, który występuje w warstwie ozonowej Ziemi, ponieważ dwutlenek siarki powstaje w wyniku reakcji chemicznych w górnych warstwach atmosfery wywołanych światłem gwiazdy macierzystej.

„Po raz pierwszy widzimy konkretne dowody fotochemii – reakcji chemicznych inicjowanych przez energetyczne światło gwiazd – na egzoplanetach” – powiedział inny z badaczy, Shang-Min Tsai z University of Oxford. „Postrzegam to jako naprawdę obiecującą perspektywę dla pogłębienia naszej wiedzy o atmosferach egzoplanet [this mission]”.

Ponieważ WASP-39 b krąży tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, w jednej ósmej odległości między Merkurym a Słońcem, badanie może pokazać, w jaki sposób promieniowanie gwiazd oddziałuje z atmosferami planet. Podczas gdy promieniowanie może być szkodliwe dla życia (Ziemia jest chroniona przed promieniowaniem słonecznym przez swoją magnetosferę, bez której planeta mogłaby istnieć niezamieszkalny), może również odgrywać ważną rolę w reakcjach chemicznych, tworząc potrzebne do tego cząsteczki utrzymać atmosferę nadającą się do zamieszkania.

„Planety są rzeźbione i przekształcane podczas orbitowania w kąpieli radiacyjnej gwiazdy macierzystej” – powiedział Batalha. „Na Ziemi te przemiany umożliwiają rozwój życia”.