Teleskop Webba dokonuje pierwszej jednoznacznej detekcji dwutlenku węgla w atmosferze egzoplanety
Po raz pierwszy astronomowie znaleźli jednoznaczne dowody na obecność dwutlenku węgla w atmosferze egzoplanety.
Wizja artystyczna pokazująca, jak mogłaby wyglądać egzoplaneta WASP-39b, na podstawie obecnego zrozumienia planety.
Źródło: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted.
Odkrycie pokazuje moc Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) w dostarczaniu bezprecedensowych obserwacji atmosfer egzoplanet.
Natalie Batalha, profesor astronomii i astrofizyki na UC Santa Cruz, przewodzi zespołowi astronomów, którzy dokonali detekcji, używając JWST do obserwacji planety o masie Saturna zwanej WASP-39b, która orbituje bardzo blisko gwiazdy podobnej do Słońca, oddalonej od nas o około 700 lat świetlnych.
Poprzednie obserwacje tej planety za pomocą Hubble’a i Spitzera dały nam kuszące wskazówki, że może tam być obecny dwutlenek węgla – powiedziała Batalha. Dane z JWST pokazały jednoznaczną cechę dwutlenku węgla, która była tak wyraźna, że praktycznie krzyczała do nas.
Dwutlenek węgla jest ważnym składnikiem atmosfer planet w naszym Układzie Słonecznym, występuje na planetach skalistych, takich jak Mars i Wenus, a także na gazowych olbrzymach, takich jak Jowisz i Saturn. Dla badaczy egzoplanet jest on ważny zarówno jako gaz, który prawdopodobnie będą mogli wykryć na małych skalistych planetach, jak i jako wskaźnik ogólnej obfitości ciężkich pierwiastków w atmosferach planet olbrzymów.
Dwutlenek węgla jest właściwie bardzo czułym miernikiem – najlepszym, jaki mamy – ciężkich pierwiastków w atmosferach planet, więc fakt, że możemy go zobaczyć tak wyraźnie, jest naprawdę wspaniały – powiedział współautor pracy Jonathan Fortney, profesor astronomii i astrofizyki na UCSC i dyrektor Laboratorium Innych Światów.
Gwiazdy i gazowe olbrzymy składają się głównie z najlżejszych pierwiastków, wodoru i helu, ale obfitość cięższych pierwiastków – co astronomowie nazywają metalicznością – jest krytycznym czynnikiem w formowaniu się planet, wyjaśnia Fortney.
Zdolność do określenia ilości ciężkich pierwiastków w planecie jest krytyczna dla zrozumienia, w jaki sposób się ona uformowała, a my będziemy mogli użyć tego miernika dwutlenku węgla dla całej grupy egzoplanet, aby uzyskać kompleksowe zrozumienie składu olbrzymiej planety, powiedział.
Zespół Batalha obserwował WASP-39b w ramach programu JWST Early Release Science, którego celem jest badanie tranzytujących planet. Tranzytująca planeta przechodzi przed swoją gwiazdą obserwowaną z Ziemi, co pozwala astronomom analizować światło gwiazdy przechodzące przez atmosferę planety, w której gazy, takie jak dwutlenek węgla, pochłaniają pewne długości fal światła.
Używając spektrografu bliskiej podczerwieni NIRSpec na JWST, zespół uzyskał wysokiej rozdzielczości „widmo transmisyjne” pokazujące światło przechodzące przez atmosferę WASP-39b rozdzielone na poszczególne długości fal. Batalha powiedziała, że dane dały wspaniałe krzywe blasku i pokazały, że instrument NIRSpec przekracza oczekiwania dla spektroskopii transmisyjnej. To dobrze wróży obserwacjom małych skalistych planet, które prawdopodobnie będą miały dwutlenek węgla w swoich atmosferach (jeżeli mają atmosfery), ale nie dadzą tak silnego sygnału, jak olbrzym WASP-39b.
To wykrycie posłuży jako użyteczny punkt odniesienia dla tego, co możemy zrobić, aby w przyszłości wykryć dwutlenek węgla na planetach ziemskich – powiedziała Batalha. Jest to najbardziej prawdopodobny gaz atmosferyczny, który wykryjemy za pomocą JWST w atmosferach egzoplanet o rozmiarach Ziemi.
Oprócz dwutlenku węgla naukowcy wykryli w widmie WASP-39b inną ciekawą cechę, której jeszcze nie zidentyfikowali. To na razie tajemnicza cecha – powiedziała Batalha. W tym artykule skupiliśmy się na wąskim zakresie barw w podczerwieni – to tylko zapowiedź cech, które spodziewamy się zobaczyć w pełnym widmie.
Fortney zauważył, że WASP-39b wydaje się mieć podobny skład do Saturna. Metaliczność Saturna jest 10 razy większa niż Słońca, a WASP-39b również wydaje się być wzbogacona w ciężkie pierwiastki około 10 razy w stosunku do Słońca.
Znajdująca się w konstelacji Panny WASP-39b jest ponad 20 razy bliżej swojej gwiazdy niż Ziemia Słońca. Mimo, że ma mniej więcej taką samą masę jak Saturn, jest mniej gęsta i o około 50% większa, prawdopodobnie z powodu nagrzewania się spowodowanego taką bliskością swojej gwiazdy macierzystej. Poprzednie obserwacje pokazały, że ma ona stosunkowo czyste niebo, co czyni ją dobrym celem dla spektroskopii transmisyjnej.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
