Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba znalazł dowody na obecność dwutlenku węgla w atmosferze planety WASP-39. To gazowy olbrzym wielkości Saturna krążący wokół gwiazdy podobnej do Słońca, oddalonej o 700 lat świetlnych od Ziemi. To pierwsze jednoznaczne wykrycie CO2 na planecie poza Układem Słonecznym. Odkrycie to dostarcza ważnych informacji na temat składu i formowania się planety oraz wskazuje na zdolność Webba do wykrywania i pomiaru gazów w atmosferach odległych planet.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to najnowocześniejsze i najpotężniejsze obserwatorium, jakie kiedykolwiek wysłano w przestrzeń kosmiczną. Jest określany jako następca Kosmicznego teleskopu Hubble'a, który nadal pracuje, ale też i Kosmicznego Teleskopu Spitzera, którego misja zakończyła się w 2020 roku. Pierwsze obrazy z JWST pokazały odległe galaktyki z niezwykłą szczegółowością. Teraz teleskop wykrył pierwszy wyraźny sygnał dwutlenku węgla w atmosferze egzoplanety.
WASP-39 b to gorący gazowy olbrzym o masie około jednej czwartej masy Jowisza, czyli mniej więcej takiej samej jak Saturn. Jego średnica jest 1,3 razy większa od Jowisza. Jak wskazują naukowcy, ta ekstremalna „opuchlizna” jest częściowo związana z wysoką temperaturą panującą na planecie wynoszącą około 900 stopni Celsjusza.
- Ciepło powoduje ekspansję atmosfery planety, czyniąc WASP-39 b o jedną trzecią większą niż Jowisz, największy gazowy olbrzym w naszym Układzie Słonecznym – wyjaśniła Monika Lendl, współautorka badania, profesor astronomii na Uniwersytecie Genewskim.
W przeciwieństwie do chłodniejszych, bardziej zwartych gazowych olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym, WASP-39 b krąży bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej. W porównaniu do naszego systemu planetarnego byłoby to w około jednej ósmej odległości między Słońcem a Merkurym. WASP-39 b okrążą swoją gwiazdę w nieco ponad cztery ziemskie dni.
Planeta WASP-39 b została odkryta przy pomocy metody tranzytu w 2011 roku. W metodzie tej dokonuje się pomiarów jasności gwiazd w poszukiwaniu niewielkich, regularnych osłabień blasku, które mogły być spowodowane obiegiem planety wokół gwiazdy. Jeśli płaszczyzna orbity planety jest odpowiednio ustawiona względem naszej linii widzenia, to taka planeta będzie okresowo przechodzić przed swoją gwiazdą – dokonywać tranzytu, co spowoduje okresowy spadek jasności. Dzięki takim analizom spadków w promieniowaniu elektromagnetycznym udało się odkryć tysiące planet.
Planety tranzytowe, takie jak WASP-39 b, których orbity obserwujemy z boku, a nie z góry, mogą zapewnić naukowcom idealne możliwości badania atmosfer planetarnych. Podczas tranzytu część światła gwiazdy zostaje całkowicie przyćmiona przez planetę, a część przechodzi przez jej atmosferę, co pozwala ją scharakteryzować. Gazy atmosferyczne pochłaniają światło o określonej długości fali, co objawia się niewielkim spadkiem jasności, gdy światło gwiazd rozkłada się w widmie atmosfery. Analizując spektrum docierającego do nas światła, uczeni mogą określić, z czego składa się atmosfera. W widmie WASP-39 b dostrzegli spadek jasności w zakresie pomiędzy 4,1 a 4,6 mikrometrów. To „odcisk palca” dwutlenku węgla.
Znalezienie CO2 jest cenne, ponieważ stanowi wskazówkę dotyczącą proporcji pierwiastków cięższych od helu w jej składzie. Wodór i hel wytworzone podczas Wielkiego Wybuchu są materiałami wyjściowymi dla całej widocznej materii we Wszechświecie, ale wszystko, co cięższe, powstało później w gwiazdach. Naukowcy uważają, że dostępność ciężkich pierwiastków ma kluczowe znaczenie dla formowania się gigantycznych planet. Kiedy takie planety się rodzą z dysku materii wokół gwiazdy, cięższe pierwiastki zlewają się w solidne jądro, które ostatecznie jest wystarczająco masywne, aby przyciągać gazy własną grawitacją i rozrastać się w gazowego olbrzyma.
W widmie atmosfery WASP-39 b astronomowie znaleźli pierwszy wyraźny i niepodważalny dowód na istnienie dwutlenku węgla na planecie poza Układem Słonecznym. Z opisem i wynikami obserwacji można zapoznać się w bazie pre-printów arXiv. Publikacja artykułu naukowego w „Nature” ma nastąpić w przyszłym tygodniu.
Żadne obserwatorium nigdy wcześniej nie zmierzyło tak subtelnych różnic w zakresie od 3 do 5,5 mikronów w widmie transmisyjnym egzoplanety. Dostęp do tej części widma ma kluczowe znaczenie dla pomiaru obfitości gazów, takich jak woda i metan, a także dwutlenku węgla, które, jak się uważa, występują w atmosferach wielu różnych typów planet pozasłonecznych.
- Wykrycie tak wyraźnego sygnału dwutlenku węgla na WASP-39 b dobrze wróży wykrywaniu składu atmosfer na mniejszych planetach o rozmiarach ziemskich – powiedziała Natalie Batalha z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz.
Kosmiczny Teleskop Hubble'a i Kosmiczny Teleskop Spitzera wykrył wcześniej parę wodną, sód i potas w atmosferze WASP-39 b. Webb dodał do tego teraz dwutlenek węgla, a także inny gaz, którego sygnatura spektralna była początkowo tajemnicą. Późniejsze obserwacje ujawniły, co to jest, ale naukowcy nie chcą nic powiedzieć, dopóki wynik nie zostanie zweryfikowany. Astronomowie obiecują, że w nadchodzących miesiącach opublikują pełne widmo planety od optycznego do średniej podczerwieni i sporządzą kompletny chemiczny opis jej atmosfery.
Fot. NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted. Na obrazie wizja artystyczna planety WASP-39 b oparta o zebrane przez astronomów dane m.in. obserwacje tranzytu planety. Teleskop Webba nie uchwycił bezpośredniego obrazu planety.
