W sierpniu bieżącego roku Kosmiczny Teleskop Webba uchwycił pierwszy wyraźny dowód na obecność dwutlenku węgla w atmosferze planety poza Układem Słonecznym podczas badania egzoplanety WASP 39b. Teraz dzięki nowym danym udało się uzyskać jeszcze bardziej szczegółowy obraz i po raz pierwszy odkryto dwutlenek siarki w atmosferze egzoplanety.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba udowodnił, że jest najlepszym narzędziem do prowadzenia obserwacji egzoplanet jaki kiedykolwiek posiadaliśmy. Udowodnił to już w swoich pierwszych obserwacjach. Mamy w końcu narzędzie, które zdolne jest badać skład gazowych otoczek planet poza układem słonecznym.
Egzoplaneta WASP-96b
Wasp-96b jest jedną z ponad pięciu tysięcy potwierdzonych obserwacyjnie egzoplanet w Drodze Mlecznej. Jej odkrycie ogłoszono w 2011 roku. W lipcu 2022 roku stała się pierwszą egzoplanetą badaną przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Znajduje się około tysiąc sto pięćdziesiąt lat świetlnych stąd, w gwiazdozbiorze Feniksa. Widmo transmisyjne wykonane z pojedynczej obserwacji za pomocą kamery Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph w skrócie NIRISS ujawniło wiele cech charakterystycznych dla atmosfery egzoplanety, wykrywając między innymi sygnaturę wody.
Podczas gdy Kosmiczny Teleskop Hubble’a przeanalizował wiele atmosfer egzoplanet w ciągu ostatnich dwóch dekad, dokonując pierwszego wyraźnego wykrycia wody na innej planecie w roku dwa tysiące trzynastym, natychmiastowa i bardziej szczegółowa obserwacja Webba oznacza ogromny krok naprzód w dążeniu do scharakteryzowania potencjalnie nadających się do zamieszkania planet poza Ziemią.
Widmo, które uzyskaliśmy w pierwszej faze obserwacji dzięki JWST jest najbardziej szczegółowym widmem transmisyjnym w podczerwieni pochodzącym od egzoplanety, jakie kiedykolwiek zebrano. Jest to pierwsze widmo transmisyjne obejmujące fale o długości większej niż 1,6 mikrona z tak wysoką rozdzielczością i dokładnością, a także pierwsze obejmujące cały zakres długości fal od 0,6 mikrona (światło widzialne czerwone) do 2,8 mikrona (w bliskiej podczerwieni) i to wszystko w jednym ujęciu. Dodatkowo szybkość, z jaką badacze byli w stanie dokonać interpretacji widma, była naprawdę godne podziwu i stanowi kolejny dowód jakości uzyskiwanych danych.
Widmo transmisyjne widoczne na wykresie tworzone jest przez porównanie światła gwiazdy przefiltrowanego przez atmosferę planety podczas jej przemieszczania się z niefiltrowanym światłem gwiazdy wykrytym, gdy planeta znajduje się obok gwiazdy. Każdy ze stu czterdziestu jeden widocznych białych punktów danych na tym wykresie reprezentuje ilość światła gwiazdy o określonej długości fali, która jest blokowana przez planetę i pochłaniana przez jej atmosferę. W ten sposób naukowcy są w stanie wykryć i zmierzyć obfitość kluczowych gazów w atmosferze planety.
Co się zaś tyczy samej egzoplanety WASP 39b, to należy ona do typu rozdętego gazowego olbrzyma, który nie ma bezpośredniego odpowiednika w naszym Układzie Słonecznym. Jej masa jest o połowę mniejsza od masy Jowisza, z kolei średnica większa o około dwadzieścia procent. Dodatkowo może pochwalić się bardzo wysoką temperaturą sięgającą prawie pięćset pięćdziesięciu stopni celsjusza. WASP-96 b krąży bardzo blisko gwiazdy podobnej do Słońca, zaledwie w jednej dziewiątej odległości między Merkurym a Słońcem, wykonując jedno pełne okrążenia w zaledwie trzy i pół ziemskiego dnia.
Połączenie tych wszystkich cech: dużych rozmiarów, krótkiego okresu orbitalnego, rozdętej atmosfery i bliskości swojej gwiazdy sprawia, że WASP-96 b jest idealnym celem do obserwacji atmosferycznych.
W sierpniu bieżącego roku naukowcy wykorzystali dane z teleskopu Webba, Hubble’a i Spitzera, a na ich podstawie ogłosili pierwsze jednoznaczne wykrycie dwutlenku węgla w atmosferze WASP-39 b. A teraz najnowsze obserwacje z Webba pozwoliły też na potwierdzenie pierwszego przypadku bezpośredniej detekcji dwutlenku siarki w atmosferze planety poza układem słonecznym Oprócz tego, dzięki JWST astronomowie zgromadzili dodatkowe dane na temat występujących tam chmur oraz początkach planety.
WASP-39 b jest obecnie najlepiej przebadaną egzoplanetą
Do tej pory trzy z pięciu artykułów naukowych dotyczących obserwacji jej atmosfery ukazały się w czasopiśmie naukowym Nature, a kolejne dwa czekają w kolejce i są jeszcze na etapie recenzji. Dlaczego tak ważne jest obserwowanie atmosfer odległych egzoplanet? Co może nam to powiedzieć? Jak się okazuje, naprawdę sporo. Wiele spośród związków, które obecne są w atmosferze naszej planety, w tym też, te świadczące o występowaniu żywych organizmów, nie występowało gdy Ziemia była jeszcze na etapie formowania. Powstały na skutek reakcji fotochemicznych spowodowanych światłem słonecznym, taki sam proces ma miejsce w atmosferach innych planet pozasłonecznych. Dzięki prowadzeniu takich obserwacji i lepszym poznawaniu atmosfer innych światów, poszerzamy swoją wiedzę na temat ewolucji planet. Przed Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba nie mieliśmy narzędzia, które umożliwiałoby prowadzenie tego typu obserwacji.
Jak pokazały najnowsze analizy, dwutlenek siarki w atmosferze WASP-39b powstał właśnie na skutek reakcji spowodowanych światłem z gwiazdy, które ze względu na jej bliskie położenie niesie ze sobą naprawdę potężny ładunek energetyczny. Badacze doszli do wniosku, że światło z gwiazdy macierzystej, najpierw rozszczepia wodę w atmosferze egzoplanety na wodór oraz wodorotlenek, a ten reagując z siarkowodorem, tworzy dwutlenek siarki. Oprócz tego wykryto również sygnatury pary wodnej, potasu i sodu.
Skład chemiczny atmosfery Wasp 39b pozwolił badaczom ustalić, że biorąc pod uwagę na stosunek potasu do tlenu, węgla do tlenu oraz siarki do wodoru, planeta powstała prawdopodobnie w wyniku nagromadzenia się mniejszych obiektów czyli tak zwanych planetozymali, które dostarczyły składniki do atmosfery. Dodatkowo fakt, że zawartość tlenu jest znacznie większa niż węgla, egzoplaneta powstała najpewniej gdzieś znacznie dalej od swojej gwiazdy, a z biegiem czasu wędrowała coraz bardziej zacieśniając swoją orbitę.
Temperatura wynosząca dziewięćset stopni celsjusza raczej wyklucza WASP-39 b z grona egzoplanet, na których potencjalnie moglibyśmy szukać śladów życia. Jednak bardzo bliska odległość do gwiazdy powoduje, że jest ona idealnym obiektem do badania wpływu promieniowania na planety i ich atmosfery.
