A NASA/ESA/CSA James Webb űrteleszkóp még egy elsőt ért el: egy molekuláris és kémiai portrét egy távoli világ égboltjáról. Míg Webb és más űrteleszkópok, köztük a NASA/ESA Hubble Űrtávcső, korábban felfedték e felforrósodott bolygó légkörének izolált összetevőit, az új leolvasások az atomok, molekulák teljes menüjét, sőt az aktív kémia és a felhők jeleit is tartalmazzák. A legfrissebb adatok arra is utalnak, hogyan nézhetnek ki ezek a felhők közelről: inkább szétszakadva, semmint egyetlen, egységes takaróként a bolygó felett.
A távcső érzékeny műszereit a WASP-39 b atmoszférájára képezték ki, egy „forró Szaturnusz” (olyan tömegű bolygó, mint a Szaturnusz, de pályája szorosabb, mint a Merkúr), amely egy körülbelül 700 fényévnyire lévő csillag körül kering. Ez a Szaturnusz méretű exobolygó egyike volt az elsőnek, amelyet a NASA/ESA/CSA vizsgált James Webb Űrtávcső amikor rendszeres tudományos működésbe kezdett. Az eredmények izgalomba hozták az exobolygó tudományos közösségét. Webb rendkívül érzékeny műszerei profilt adtak a WASP-39 b légköri összetevőiről, és rengeteg tartalmat azonosítottak, köztük víz, kén-dioxid, szén-monoxid, nátrium és kálium.
Az eredmények jót sejtenek a Webb-műszerek azon képességének, hogy a tudományos közösség által remélt, exobolygókkal – más csillagok körüli bolygókkal – kapcsolatos széles körű vizsgálatokat lehessen végezni. Ez magában foglalja a kisebb, sziklás bolygók atmoszférájának szondázását, mint például a TRAPPIST-1 rendszerben.
"Számos műszerrel figyeltük meg az exobolygót, amelyek együttesen lefedik az infravörös spektrum széles sávját és a JWST-ig hozzáférhetetlen kémiai ujjlenyomatok halmazát." – mondta Natalie Batalha, a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem csillagásza, aki hozzájárult az új kutatáshoz, és segítette annak koordinálását. "Az ilyen adatok megváltoztatják a játékot."
A felfedezéseket öt új tudományos közlemény részletezi, amelyek közül három sajtóban van, kettő pedig felülvizsgálat alatt áll. A példátlan leleplezések közé tartozik az első észlelés egy exobolygó légkörében a kén-dioxid, a bolygó szülőcsillagának nagy energiájú fénye által kiváltott kémiai reakciókból előállított molekula. A Földön hasonló módon jön létre a védő ózonréteg a felső légkörben.
"Ez az első alkalom, hogy látunk konkrét bizonyítékot a fotokémiára - az energetikai csillagfény által elindított kémiai reakciókra - exobolygókon" - mondta Shang-Min Tsai, az Egyesült Királyság Oxfordi Egyetemének kutatója, a WASP-39 b légkörében található kén-dioxid eredetét magyarázó tanulmány vezető szerzője. „Úgy látom, hogy ez egy igazán ígéretes perspektíva a megértésünk fejlesztésére exobolygó légkörei [ezzel a küldetéssel].”
Ez egy másik elsőhöz vezetett: a tudósok a fotokémia számítógépes modelljeit alkalmazták olyan adatokra, amelyekhez az ilyen fizikát teljes mértékben meg kell magyarázni. A modellezés ebből eredő fejlesztései elősegítik a lakhatóság lehetséges jeleinek értelmezéséhez szükséges technológiai know-how felépítését a jövőben.
"A bolygók a fogadócsillag sugárfürdőjében keringve faragnak és alakulnak át" - mondta Batalha. "A Földön ezek az átalakulások lehetővé teszik az élet virágzását."
A bolygó közelsége fogadócsillagához – nyolcszor közelebb, mint Merkúr a miénk nap — laboratóriummá teszi a gazdacsillagok sugárzásának exobolygókra gyakorolt hatásának tanulmányozására. A csillag-bolygó kapcsolat jobb ismerete lehetővé teszi annak mélyebb megértését, hogy ezek a folyamatok hogyan befolyásolják a galaxisban megfigyelt bolygók sokféleségét.
A Webb-teleszkóp által észlelt egyéb légköri összetevők közé tartozik a nátrium (Na), a kálium (K) és a vízgőz (H2O), megerősítve a korábbi űr- és földi távcsővel végzett megfigyeléseket, valamint további vízujjlenyomatokat találtak ezeken a hosszabb hullámhosszokon. amit még nem láttak.
Webb is látta szén-dioxid (CO2) nagyobb felbontásban, kétszer annyi adatot szolgáltatva, mint a korábbi megfigyeléseiből. Eközben szén-monoxidot (CO) detektáltak, de a Webb-adatokból sem a metán (CH4), sem a hidrogén-szulfid (H2S) nyilvánvaló jelei hiányoztak. Ha jelen vannak, ezek a molekulák nagyon alacsony szinten fordulnak elő.
A WASP-39 b légkörének széles spektrumának megörökítésére egy több száz fős nemzetközi csapat egymástól függetlenül elemezte a Webb teleszkóp négy finoman kalibrált műszermódjának adatait.
„Megjósoltuk, hogy mit fog mutatni [a távcső], de pontosabb, változatosabb és szebb volt, mint amilyennek hittem.” – mondta Hannah Wakeford, az Egyesült Királyság Bristoli Egyetem asztrofizikusa, aki az exobolygó légköreit vizsgálja.
A kémiai összetevők ilyen teljes listája egy exobolygó légkörében azt is lehetővé teszi, hogy a tudósok bepillantást nyerjenek a különféle elemek egymáshoz viszonyított bőségébe, például a szén-oxigén vagy a kálium-oxigén arányba. Ez viszont betekintést nyújt abba, hogy ez a bolygó – és talán mások is – hogyan alakultak ki az anyacsillagot körülvevő gáz- és porkorongból annak fiatalabb éveiben.
A WASP-39 b vegyi leltárja a bolygók néven nevezett kisebb testek összetörésének és egyesülésének történetét sugallja, hogy létrejöjjön egy bolygó góliátja.
"A kén mennyisége [a hidrogénhez viszonyítva] azt jelzi, hogy a bolygón feltehetően jelentős mennyiségű planetezimálok halmozódtak fel, amelyek [ezeket az összetevőket] a légkörbe juttathatják" Kazumasa Ohno, az UC Santa Cruz exobolygó kutatója, aki Webb-adatokon dolgozott. „Az adatok azt is jelzik, hogy az oxigén sokkal nagyobb mennyiségben van jelen a légkörben, mint a szén. Ez potenciálisan arra utal, hogy a WASP-39 b eredetileg a központi csillagtól távol alakult ki.
Az exobolygó légkörének részleteinek pontos feltárásával a Webb-teleszkóp műszerei jóval felülmúlták a tudósok várakozásait – és új szakaszt ígérnek az exobolygók széles skálájának feltárásában. Galaxy.
"Látni fogjuk az exobolygó légkörének átfogó képét" mondott Laura Flagg, a Cornell Egyetem kutatója és a nemzetközi csapat tagja. „Hihetetlenül izgalmas tudni, hogy mindent újraírnak. Ez az egyik legjobb része a tudósnak.”
Folyóirat hivatkozások:
- Lili Alderson et al. A WASP-39b exobolygó korai kiadású tudománya a JWST NIRSpec G395H-val. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov et al. A WASP-39b exobolygó korai kiadású tudománya a JWST NIRSpec PRISM segítségével. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10487
- Eva-Maria Ahrer et al. A WASP-39b exobolygó korai kiadású tudománya a JWST NIRCam segítségével. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10489
- Adina D. Feinstein et al. A WASP-39b exobolygó korai kiadásának tudománya JWST NIRISS-szel. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10493
- Shang-Min Tsai et al. A fotokémia közvetlen bizonyítéka egy exobolygó légkörében. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10490
