Dodano: 27 listopad 2023r.

Astronomowie dostrzegli metan i parę wodną na odległej egzoplanecie

W atmosferze planety pozasłonecznej WASP-80 b astronomowie dostrzegli sygnatury metanu i pary wodnej. WASP-80 b to planeta o rozmiarach i masie podobnej do Jowisza i znajduje się około 163 lata świetlne od nas, w kierunku konstelacji Orła.

Astronomowie dostrzegli metan i parę wodną na odległej egzoplanecie

 

Egzoplaneta WASP-80 b była obserwowana za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Astronomowie dostrzegli tranzyt planety. To sytuacja, gdy planeta przechodzi na tle tarczy swojej gwiazdy, patrząc z perspektywy widza na Ziemi, co powoduje regularne spadki jej jasności. Stopień pociemnienia oraz niemal niezauważalne ruchy gwiazdy wywołane przyciąganiem grawitacyjnym planety pozwalają badaczom określić jej rozmiar i masę. Jednak planeta z atmosferą przechodząca na tle swojej gwiazdy nie tylko przyciemnia światło, ale także je zmienia, w zależności od składu chemicznego atmosfery. Dzięki temu naukowcy potrafią określić jej skład.

Wyniki i opis badań ukazał się w w czasopiśmie „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-023-06687-0).

WASP-80 b

Obserwując egzoplanetę WASP-80 b naukowcy znaleźli w jej atmosferze sygnatury pary wodnej i metanu. Planeta ta okrąża czerwonego karła oddalonego o 163 lata świetlne od Układu Słonecznego, w kierunku gwiazdozbioru Orła. Znajduje się na dosyć ciasnej orbicie i obieg dookoła gwiazdy zajmuje jej trzy dni. WASP-80 b ma rozmiary zbliżone do Jowisza znanego z naszego systemu planetarnego.

Temperatury panujące na WASP-80 b oscylują wokół 550 stopni Celsjusza. Z tego powodu świat ten określany jest mianem „ciepłego Jowisza”. Tak astronomowie nazywają planety podobne pod względem wielkości i masy do Jowisza z naszego Układu Słonecznego, które mają temperaturę pośrednią pomiędzy temperaturą „gorących Jowiszy”, która potrafi osiągać blisko 1200 st. C., a temperaturą „zimnych Jowiszy”, takich jak nasz, gdzie temperatury osiągają około minus 150 st. C.

- Ponieważ planeta znajduje się tak blisko swojej gwiazdy i oba obiekty są tak daleko od nas, nie możemy zobaczyć tego świata bezpośrednio, nawet za pomocą najbardziej zaawansowanych teleskopów, takich jak Webb. Zamiast tego uczeni badają połączone światło gwiazdy i planety, gdy ta dokonuje tranzytu. Zaobserwowaliśmy sytuację, gdy planeta przemieszczała się przed swoją gwiazdą, powodując, że światło gwiazdy, które widzieliśmy, nieco przygasło. To trochę tak, jakby ktoś przechodził przed lampą i zasłonił częściowo jej światło – powiedział Taylor Bell z NASA oraz Arizona State University, główny autor publikacji.

- W tym czasie cienki pierścień atmosfery planety był oświetlany przez gwiazdę, a przy pewnych barwach światła, w których cząsteczki atmosfery planety pochłaniają światło, atmosfera wygląda na gęstszą i blokuje więcej światła, powodując głębsze przyciemnienie, w porównaniu z innymi długościami fal, gdzie atmosfera wydaje się przezroczysta. Ta metoda pomaga naukowcom zrozumieć, z czego zbudowana jest atmosfera planety, poprzez sprawdzenie, które barwy światła są blokowane – dodał Bell.

Metan i para wodna

Uzyskane w ten sposób pomiary pokazujące, ile światła jest blokowane lub emitowane przez atmosferę planety przy różnych długościach fal światła, zostały poddane analizie opartej o dwa różne modele, aby zasymulować, jak wyglądałaby atmosfera planety. Oba modele wykazały istnienie metanu oraz pary wodnej w atmosferze WASP-80 b.

Metan na Ziemi wytwarzany jest w wyniku procesów geologicznych (przez czynniki abiotyczne) lub przez organizmy żywe, jak te, które zasiedlają okolice kominów hydrotermalnych. Nie potrzebują one tlenu, aby przetrwać. Energię otrzymują poprzez metabolizowanie dwutlenku węgla i wodoru. Uwalniają przy tym metan. Dlatego znalezienie tego związku przyciąga uwagę naukowców. Jednak znalezienie śladów metanu w atmosferze nie oznacza, że istnieje tam życie.

Parę wodną wykryto do tej pory na kilkunastu planetach pozasłonecznych. Metan też już był wykrywany poza Układem Słonecznym. Z kolei w naszym systemie metan jest dość powszechny. Był wykrywany wielokrotnie, na przykład w pióropuszach materii wyplutych z enceladusowskich gejzerów. Chociażby taki Tytan, księżyc Saturna, posiada rzeki i jeziora wypełnione płynnym metanem (więcej na ten temat w tekście: Tytan - obcy świat niezwykle podobny do Ziemi).

Metan nie jest zbytnio trwały, przynajmniej w ziemskiej atmosferze. Ulega fotodysocjacji, czyli rozbiciu na jony i wymaga ciągłego uzupełniania, aby utrzymać swoją obecność w atmosferze. Jeśli na skalistej planecie jest dużo metanu, jego źródło musi być również duże. Na Ziemi działalność biologiczna wytwarza ogromne ilości metanu. Ale związek ten znaleziony poza Ziemią, o ile naukowcy mogą ocenić, wytwarzany jest przez czynniki abiotyczne.

Jednym z takich procesów jest serpentynizacja. To naturalny proces, w którym biorą udział woda, dwutlenek węgla i minerał z grupy oliwinów. Oliwin jest powszechny na Ziemi i jest głównym składnikiem górnego płaszcza naszej planety. Znaleźliśmy go także na Księżycu, Marsie i niektórych asteroidach. Ponieważ WASP-80b jest gazowym olbrzymem wykluczone jest istnienie na nim oliwinów. Ale Uran czy Neptun w naszym Układzie Słonecznym też są gazowymi olbrzymami i również wykryto w ich atmosferach metan.

Chociaż metan przyciąga uwagę wszystkich ze względu na swoje powiązanie z biologią, to badanie pokazuje nam inną stronę metanu. Jego wykrycie może nam pomóc zrozumieć, jak i gdzie powstały niektóre planety oraz czy migrowały. „Na przykład mierząc ilość metanu i wody na planecie, możemy wywnioskować stosunek atomów węgla do atomów tlenu. Oczekuje się, że ten stosunek będzie się zmieniać w zależności od tego, gdzie i kiedy w swoim układzie tworzą się planety” – napisali w publikacji autorzy. Astronomowie mogą wykorzystać te dane do ustalenia, czy planeta powstała blisko swojej gwiazdy, czy też powstała dalej, a następnie migrowała do wewnątrz systemu.

 

Źródło i fot.: NASA