טלסקופ החלל של נאס"א/ESA/CSA ג'יימס ווב זכה בהישג ראשון נוסף: דיוקן מולקולרי וכימי של שמי עולם רחוק. בעוד ווב וטלסקופי חלל אחרים, כולל נאס"א/ESA טלסקופ החלל האבל, שחשפו בעבר מרכיבים מבודדים של האטמוספירה של כוכב הלכת המחומם הזה, הקריאות החדשות מספקות תפריט מלא של אטומים, מולקולות, ואפילו סימנים של כימיה פעילה ועננים. הנתונים העדכניים ביותר מרמזים גם על האופן שבו העננים האלה עשויים להיראות מקרוב: מפוררים ולא כשמיכה אחת ואחידה על פני כדור הארץ.
המכשירים הרגישים של הטלסקופ אומנו על האטמוספרה של WASP-39 b, "שבתאי לוהט" (כוכב לכת מסיבי בערך כמו שבתאי אך במסלול הדוק יותר ממרקורי) המקיף כוכב במרחק של כ-700 שנות אור. זה בגודל שבתאי כוכב לכת היה אחד הראשונים שנבדקו על ידי נאס"א/ESA/CSA ג 'יימס ווב טלסקופ החלל כשהחלה בפעילות מדעית רגילה. התוצאות הלהיבו את קהילת המדע האקסופלנט. המכשירים הרגישים להפליא של ווב סיפקו פרופיל של המרכיבים האטמוספריים של WASP-39 b וזיהו שפע של תכנים, כולל מַיִם, דו תחמוצת הגופרית, פחמן חד חמצני, נתרן ואשלגן.
הממצאים מבשרים טובות ליכולתם של המכשירים של ווב לערוך את מגוון החקירות הרחב של כוכבי לכת - כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים - שקהילת המדע מקווה לה. זה כולל בדיקה באטמוספרות של כוכבי לכת סלעיים קטנים יותר כמו אלה במערכת TRAPPIST-1.
"צפינו בכוכב הלכת עם מספר מכשירים המכסים יחד רצועה רחבה של ספקטרום האינפרא אדום ומגוון של טביעות אצבע כימיות בלתי נגישות עד ל-JWST." אמרה נטלי בטלה, אסטרונומית מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז, שתרמה וסייעה בתיאום המחקר החדש. "נתונים כמו אלה הם משנים משחק."
חבילת התגליות מפורטת בקבוצה של חמישה מאמרים מדעיים חדשים, שלושה מהם בעיתונות ושניים מהם בבדיקה. בין הגילויים חסרי התקדים הוא הגילוי הראשון באטמוספירה של כוכבי לכת של גופרית דו חמצנית, מולקולה המופקת מתגובות כימיות המופעלות על ידי אור עתיר אנרגיה מכוכב האם של כוכב הלכת. על פני כדור הארץ, שכבת האוזון המגנה באטמוספרה העליונה נוצרת באופן דומה.
"זו הפעם הראשונה שראינו עדויות קונקרטיות לפוטוכימיה - תגובות כימיות שיוזמו אור כוכבים אנרגטי - על כוכבי לכת אקזו-כוכבים." אמר Shang-Min Tsai, חוקר מאוניברסיטת אוקספורד בבריטניה ומחבר ראשי של המאמר המסביר את מקורו של דו תחמוצת הגופרית באטמוספירה של WASP-39 b. "אני רואה בזה נקודת מבט מבטיחה באמת לקידום ההבנה שלנו אטמוספרות אקסופלנט עם [שליחות זו]."
זה הוביל להתחלה נוספת: מדענים מיישמים מודלים ממוחשבים של פוטוכימיה על נתונים שדורשים הסבר מלא של פיזיקה כזו. השיפורים שיתקבלו בדוגמנות יסייעו לבנות את הידע הטכנולוגי הדרוש לפירוש סימנים פוטנציאליים למגורים בעתיד.
"כוכבי לכת מפוסלים ומשתנים על ידי מסלול בתוך אמבט הקרינה של הכוכב המארח," אמר בטאלחה. "על כדור הארץ, התמורות הללו מאפשרות לחיים לשגשג."
קרבתו של כוכב הלכת לכוכב המארח שלו - קרובה פי שמונה כספית הוא שלנו שמש - גם הופך אותה למעבדה לחקר ההשפעות של קרינה מכוכבים מארח על כוכבי לכת חיצוניים. ידע טוב יותר על הקשר בין כוכב לכוכב לכת אמור להביא להבנה מעמיקה יותר של האופן שבו תהליכים אלה משפיעים על מגוון כוכבי הלכת הנצפים בגלקסיה.
מרכיבים אטמוספריים אחרים שזוהו על ידי טלסקופ Webb כוללים נתרן (Na), אשלגן (K) ואדי מים (H2O), המאשרים תצפיות קודמות של טלסקופ חלל וקרקע, כמו גם מציאת טביעות אצבע נוספות של מים באורכי גל ארוכים אלה, שלא נראו בעבר.
ווב גם ראה פחמן דו חמצני (CO2) ברזולוציה גבוהה יותר, מספק פי שניים יותר נתונים ממה שדווח מהתצפיות הקודמות שלו. בינתיים זוהה פחמן חד חמצני (CO), אך חתימות ברורות של מתאן (CH4) ומימן גופרתי (H2S) נעדרו בנתוני Webb. אם קיימות, מולקולות אלו מתרחשות ברמות נמוכות מאוד.
כדי ללכוד את הספקטרום הרחב הזה של האטמוספירה של WASP-39 b, צוות בינלאומי המונה מאות ניתח באופן עצמאי נתונים מארבעה ממצבי המכשיר המכוילים היטב של טלסקופ Webb.
"חזינו מה [הטלסקופ] יראה לנו, אבל זה היה יותר מדויק, מגוון ויפה יותר ממה שאני חושב שבאמת האמנתי שזה יהיה." אמרה האנה וויקפורד, אסטרופיזיקאית מאוניברסיטת בריסטול בבריטניה, החוקרת אטמוספרות של כוכבי לכת.
קיום סגל שלם כזה של מרכיבים כימיים באטמוספירה של אקסופלנט גם נותן למדענים הצצה לשפע של יסודות שונים ביחס זה לזה, כמו היחס בין פחמן לחמצן או אשלגן לחמצן. זה בתורו מספק תובנה כיצד כוכב הלכת הזה - ואולי אחרים - נוצר מתוך דיסק הגז והאבק המקיף את כוכב האם בשנותיו הצעירות.
המלאי הכימי של WASP-39 b מציע היסטוריה של התמוטטות ומיזוגים של גופים קטנים יותר הנקראים פלנטזימלים כדי ליצור בסופו של דבר גוליית של כוכב לכת.
"השפע של גופרית [ביחס למימן] הצביע על כך שכוכב הלכת חווה ככל הנראה הצטברות משמעותית של פלנטזימלים שיכולים להעביר [מרכיבים אלה] לאטמוספירה", אמר Kazumasa Ohno, חוקר כוכבי לכת אקסופלנטים באוניברסיטת UC סנטה קרוז שעבד על נתוני Webb. "הנתונים גם מצביעים על כך שהחמצן נמצא בשפע הרבה יותר מהפחמן באטמוספרה. זה עשוי להצביע על כך ש-WASP-39 b נוצר במקור רחוק מהכוכב המרכזי."
על ידי חשיפה מדויקת של הפרטים של אטמוספרה אקזופלנטה, מכשירי טלסקופ ווב פעלו הרבה מעבר לציפיות המדענים - ומבטיחים שלב חדש של חקירה של המגוון הרחב של כוכבי לכת אקזו-כוכבים גלקסיה.
"נוכל לראות את התמונה הגדולה של אטמוספרות אקסופלנטות", אמר לורה פלאג, חוקרת באוניברסיטת קורנל וחברה בצוות הבינלאומי. "זה מרגש להפליא לדעת שהכל עומד להיכתב מחדש. זה אחד החלקים הטובים ביותר בלהיות מדען".
הפניות לכתב עת:
- לילי אלדרסון וחב'. מדע שחרור מוקדם של ה-Exoplanet WASP-39b עם JWST NIRSpec G395H. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10488
- ז' רוסטמקולוב ואח'. מדע שחרור מוקדם של כוכב הלכת WASP-39b עם JWST NIRSpec PRISM. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10487
- אווה-מריה אהר ואח'. מדע שחרור מוקדם של כוכב הלכת WASP-39b עם JWST NIRCam. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10489
- עדינה ד' פיינשטיין ואח'. מדע שחרור מוקדם של כוכב הלכת WASP-39b עם JWST NIRISS. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10493
- Shang-Min Tsai et al. עדות ישירה לפוטוכימיה באטמוספירה אקסופלנטית. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10490
