Nowe badania przeprowadzone przez JWST ujawniły obecność metanu i dwutlenku węgla w atmosferze egzoplanety K2-18 b
Nowe badania przeprowadzone przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba na egzoplanecie K2-18 b, która jest 8,6 razy masywniejsza od Ziemi, ujawniły obecność w jej atmosferze cząsteczek zawierających węgiel, takich jak metan i dwutlenek węgla. To odkrycie Teleskopu Webba uzupełnia wcześniejsze badania sugerujące, że K2-18 b może być egzoplanetą hyceańską, co oznacza, że może mieć atmosferę bogatą w wodór oraz powierzchnię pokrytą oceanami wodnymi.
Pierwsze spojrzenie we właściwości atmosfery tej egzoplanety krążącej wokół swej gwiazdy w ekosferze uzyskano dzięki obserwacjom przeprowadzonym za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Uzyskane wówczas wyniki były interesujące i skłaniały do dalszych badań, które od tego czasu zmieniły nasze zrozumienie tego układu. K2-18 b to egzoplaneta krążąca wokół chłodnego czerwonego karła K2-18, oddalonego od nas o 120 lat świetlnych i znajdującego się w granicach konstelacji Lwa. Ta egzoplaneta, o rozmiarach pomiędzy Ziemią a Neptunem nie przypomina żadnej planety z naszego Układu Słonecznego. Brak podobnych planet w naszym sąsiedztwie oznacza też, że te tak zwane pod-Neptuny są wciąż słabo poznane, a ich atmosfery stanowią przedmiot dość burzliwej debaty wśród astronomów.
Sugestia, że egzoplaneta K2-18 b może być planetą hyceańską, jest intrygująca. Niektórzy astronomowie uważają, że tego rodzaju planety stanowią obiecujące środowiska do poszukiwania dowodów na istnienie życia poza Ziemią.
Nasze odkrycia podkreślają znaczenie uwzględnienia różnorodnych środowisk nadających się potencjalnie do zamieszkania i w poszukiwaniu życia w innych miejscach kosmosu – wyjaśnił Nikku Madhusudhan, astronom z University of Cambridge i główny autor artykułu ogłaszającego te wyniki. Tradycyjnie poszukiwanie życia na egzoplanetach koncentrowało się głównie na mniejszych planetach skalistych, ale większe światy hyceańskie znacznie bardziej sprzyjają obserwacjom atmosfery.
Obfitość metanu i dwutlenku węgla oraz niedobór amoniaku potwierdzają hipotezę, że pod atmosferą bogatą w wodór K2-18 b może posiadać wodny ocean. Te wstępne obserwacje wykonane z pomocą Webba umożliwiły również wykrycie cząsteczki znanej jako siarczek dimetylu (DMS). Na Ziemi ta substancja jest wytwarzana wyłącznie przez organizmy żywe. Większość DMS obecnych w ziemskiej atmosferze jest emitowana przez fitoplankton w środowiskach morskich.
Wnioskowanie o obecności DMS na egzoplanecie wymaga jednak dalszej weryfikacji. Nadchodzące, nowe obserwacje Webba powinny pomóc w potwierdzeniu, czy cząsteczka ta jest rzeczywiście obecna w atmosferze K2-18 b w istotnych ilościach.
Chociaż K2-18 b leży w ekosferze i obecnie wiadomo, że zawiera cząsteczki węgla, nie musi to jeszcze oznaczać, że na planecie może istnieć życie. Duży rozmiar planety, której promień jest 2,6 razy większy niż promień Ziemi, oznacza, że jej wnętrze prawdopodobnie zawiera rozległy płaszcz lodu znajdujący się pod wysokim ciśnieniem, podobnie jak na Neptunie, ale z cieńszą atmosferą bogatą w wodór i powierzchnią oceanu. Spekuluje się, że światy hyceańskie faktycznie mają oceany wody. Jednak możliwe jest też, że ocean taki jest zbyt gorący, aby nadawał się do zamieszkania.
Chociaż ten rodzaj planet nie istnieje w naszym Układzie Słonecznym, pod-Neptuny są najczęstszym rodzajem planet znanych do tej pory w Galaktyce – wyjaśnia Subhajit Sarkar z Uniwersytetu w Cardiff. Uzyskaliśmy jak dotąd najbardziej szczegółowe widmo pod-Neptuna znajdującego się w ekosferze, co pozwoliło nam ustalić cząsteczki występujące w jego atmosferze.
Charakteryzowanie atmosfer planet pozasłonecznych takich jak K2-18 b – czyli identyfikacja występujących w nich gazów i warunków fizycznych – jest dziś bardzo aktywną dziedziną astronomii. Jednak planety te są przyćmione – dosłownie – przez blask ich znacznie większych gwiazd macierzystych, co sprawia, że badanie atmosfer jest w ich przypadku szczególnie trudne. Zespół skonfrontował się z tym wyzwaniem poprzez analizowanie światła pochodzącego z gwiazdy macierzystej K2-18 b, które przechodziło i było filtrowane przez atmosferę tej egzoplanety. K2-18 b jest egzoplanetą tranzytującą, co oznacza, że jesteśmy w stanie zaobserwować spadek jasności gwiazdy w czasie, gdy planeta przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy macierzystej. Właśnie dzięki temu tranzytowi egzoplaneta została odkryta w 2015 roku w ramach misji K2. W trakcie tranzytu niewielka część światła gwiazdy przechodzi przez atmosferę egzoplanety, zanim dotrze do teleskopów. Ten proces pozostawia ślady, które astronomowie są w stanie zidentyfikować i połączyć, aby określić skład gazowy atmosfery globu.
Wyniki zespołu zostały zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.
Zespół ma teraz plany dotyczące przeprowadzenia dalszych badań przy użyciu spektrografu MIRI. Ich celem jest jeszcze lepsze potwierdzenie swoich dotychczasowych odkryć oraz uzyskanie nowych informacje na temat warunków środowiskowych panujących na K2-18 b.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Webb Discovers Methane, Carbon Dioxide in Atmosphere of K2-18 b
- Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere
Źródło: NASA
Na ilustracji: Wizja artystyczna pokazująca, jak mogłaby wyglądać egzoplaneta K2-18 b na podstawie danych naukowych. Ilustracja: NASA, CSA, ESA, J. Olmsted (STScI), Dane naukowe: N. Madhusudhan (Cambridge University)
