Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA/ESA/CSA mencetak gol pertamanya: potret molekuler dan kimia dari langit dunia yang jauh. Sedangkan Webb dan teleskop luar angkasa lainnya, termasuk NASA/ESA Teleskop Luar Angkasa Hubble, yang sebelumnya telah mengungkapkan bahan-bahan terisolasi dari atmosfer planet yang memanas ini, pembacaan baru ini memberikan menu lengkap tentang atom, molekul, dan bahkan tanda-tanda kimia aktif dan awan. Data terbaru juga memberi petunjuk bagaimana awan-awan ini terlihat jika dilihat dari dekat: terpecah-pecah, bukan sebagai satu selimut seragam yang menutupi planet ini.
Instrumen teleskop yang rentan dilatih di atmosfer WASP-39 b, sebuah “Saturnus panas” (sebuah planet sebesar Saturnus tetapi orbitnya lebih rapat dari Merkurius) yang mengorbit sebuah bintang yang berjarak sekitar 700 tahun cahaya. Ini seukuran Saturnus planet ekstrasurya adalah salah satu yang pertama diperiksa oleh NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope ketika memulai operasi sains reguler. Hasilnya membangkitkan semangat komunitas sains planet ekstrasurya. Instrumen Webb yang sangat sensitif telah memberikan profil konstituen atmosfer WASP-39 b dan mengidentifikasi sejumlah besar konten, termasuk air, sulfur dioksida, karbon monoksida, natrium dan kalium.
Temuan ini menjadi pertanda baik bagi kemampuan instrumen Webb untuk melakukan berbagai penyelidikan terhadap exoplanet – planet di sekitar bintang lain – yang diharapkan oleh komunitas sains. Hal ini termasuk menyelidiki atmosfer planet berbatu yang lebih kecil seperti yang ada di sistem TRAPPIST-1.
“Kami mengamati planet ekstrasurya dengan beberapa instrumen yang bersama-sama mencakup spektrum inframerah yang luas dan sejumlah besar sidik jari kimia yang tidak dapat diakses hingga JWST,” kata Natalie Batalha, astronom di Universitas California, Santa Cruz, yang berkontribusi dan membantu mengoordinasikan penelitian baru ini. “Data seperti ini adalah sebuah terobosan.”
Rangkaian penemuan ini dirinci dalam lima makalah ilmiah baru, tiga di antaranya sedang diterbitkan dan dua di antaranya sedang ditinjau. Di antara penemuan yang belum pernah terjadi sebelumnya adalah deteksi pertama di atmosfer planet ekstrasurya sulfur dioksida, sebuah molekul yang dihasilkan dari reaksi kimia yang dipicu oleh cahaya berenergi tinggi dari bintang induk planet tersebut. Di Bumi, lapisan pelindung ozon di bagian atas atmosfer dibuat dengan cara yang sama.
“Ini adalah pertama kalinya kami melihat bukti nyata fotokimia – reaksi kimia yang dipicu oleh cahaya bintang yang energik – di planet ekstrasurya,” kata Shang-Min Tsai, peneliti di Universitas Oxford di Inggris dan penulis utama makalah yang menjelaskan asal usul sulfur dioksida di atmosfer WASP-39 b. “Saya melihat ini sebagai prospek yang sangat menjanjikan untuk meningkatkan pemahaman kita mengenai hal ini atmosfer planet ekstrasurya dengan [misi ini].”
Hal ini mengarah pada hal pertama lainnya: para ilmuwan menerapkan model komputer fotokimia pada data yang memerlukan penjelasan lengkap fisika tersebut. Perbaikan yang dihasilkan dalam pemodelan akan membantu membangun pengetahuan teknologi yang diperlukan untuk menafsirkan tanda-tanda potensi kelayakan huni di masa depan.
“Planet-planet dibentuk dan diubah dengan mengorbit di dalam wadah radiasi bintang induknya,” kata Bathalha. “Di Bumi, transformasi ini memungkinkan kehidupan untuk berkembang.”
Kedekatan planet ini dengan bintang induknya delapan kali lebih dekat dibandingkan air raksa adalah untuk kita matahari — juga menjadikannya laboratorium untuk mempelajari efek radiasi dari bintang induk terhadap exoplanet. Pengetahuan yang lebih baik tentang hubungan bintang-planet akan memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana proses ini mempengaruhi keanekaragaman planet yang diamati di galaksi.
Konstituen atmosfer lain yang terdeteksi oleh teleskop Webb termasuk natrium (Na), kalium (K), dan uap air (H2O), mengkonfirmasi pengamatan teleskop luar angkasa dan darat sebelumnya serta menemukan jejak air tambahan, pada panjang gelombang yang lebih panjang. yang belum pernah terlihat sebelumnya.
Webb juga melihat karbon dioksida (CO2) pada resolusi lebih tinggi, memberikan data dua kali lebih banyak dibandingkan yang dilaporkan dari pengamatan sebelumnya. Sementara itu, karbon monoksida (CO) terdeteksi, namun tanda-tanda yang jelas dari metana (CH4) dan hidrogen sulfida (H2S) tidak ada dalam data Webb. Jika ada, molekul-molekul ini terdapat pada tingkat yang sangat rendah.
Untuk menangkap spektrum atmosfer WASP-39 b yang luas ini, tim internasional yang berjumlah ratusan secara independen menganalisis data dari empat mode instrumen teleskop Webb yang dikalibrasi dengan baik.
“Kami telah memperkirakan apa yang akan ditunjukkan [teleskop] kepada kami, namun hasilnya lebih tepat, lebih beragam, dan lebih indah dari yang saya kira, sebenarnya,” kata Hannah Wakeford, ahli astrofisika di Universitas Bristol di Inggris yang menyelidiki atmosfer planet ekstrasurya.
Memiliki daftar bahan kimia yang lengkap di atmosfer planet ekstrasurya juga memberi para ilmuwan gambaran sekilas tentang banyaknya unsur yang berbeda dalam kaitannya satu sama lain, seperti rasio karbon terhadap oksigen atau rasio kalium terhadap oksigen. Hal ini pada gilirannya memberikan wawasan tentang bagaimana planet ini – dan mungkin planet lain – terbentuk dari cakram gas dan debu yang mengelilingi bintang induknya di masa mudanya.
Inventarisasi kimia WASP-39 b menunjukkan sejarah penghancuran dan penggabungan benda-benda kecil yang disebut planetesimal untuk menciptakan sebuah planet raksasa.
“Kelimpahan sulfur [dibandingkan] hidrogen menunjukkan bahwa planet ini mungkin mengalami pertambahan planetesimal yang signifikan yang dapat mengantarkan [bahan-bahan ini] ke atmosfer,” kata Kazumasa Ohno, peneliti planet ekstrasurya UC Santa Cruz yang mengerjakan data Webb. “Data tersebut juga menunjukkan bahwa jumlah oksigen jauh lebih banyak dibandingkan karbon di atmosfer. Hal ini berpotensi menunjukkan bahwa WASP-39 b awalnya terbentuk jauh dari pusat bintang.”
Dengan mengungkap secara tepat detail atmosfer sebuah planet ekstrasurya, kinerja instrumen teleskop Webb jauh melampaui ekspektasi para ilmuwan — dan menjanjikan fase baru eksplorasi beragam eksoplanet di alam semesta. galaksi.
“Kita akan dapat melihat gambaran besar atmosfer planet ekstrasurya,” tersebut Laura Flagg, peneliti di Cornell University dan anggota tim internasional. “Sangat menyenangkan mengetahui bahwa semuanya akan ditulis ulang. Itu adalah salah satu bagian terbaik dari menjadi seorang ilmuwan.”
Referensi Jurnal:
- Lili Alderson dkk. Sains Rilis Awal Exoplanet WASP-39b dengan JWST NIRSpec G395H. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov dkk. Ilmu Rilis Awal Exoplanet WASP-39b dengan JWST NIRSpec PRISM. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10487
- Eva-Maria Ahrer dkk. Ilmu Rilis Awal Exoplanet WASP-39b dengan JWST NIRCam. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10489
- Adina D. Feinstein dkk. Ilmu Rilis Awal Exoplanet WASP-39b dengan JWST NIRIS. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10493
- Shang-Min Tsai dkk. Bukti Langsung Fotokimia di Atmosfer Exoplanet. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10490
