Od ponad dekady astronomowie starają się bliżej przyjrzeć GJ 1214b, egzoplanecie oddalonej od Ziemi o 40 lat świetlnych.
Ich największą przeszkodą jest gruba warstwa mgły, która okrywa planetę, osłaniając ją przed badawczymi oczami teleskopów kosmicznych i utrudniając badania jej atmosfery. Jednak teraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba rozwiązał ten problem. Technologia podczerwieni zastosowana w teleskopie pozwala na dostrzeżenie obiektów planetarnych i cech, które wcześniej były zasłonięte przez mgiełki, chmury lub pył kosmiczny, pomagając astronomom w poszukiwaniu planet nadających się do zamieszkania i wczesnych galaktyk.
Zespół naukowców wykorzystał JWST do obserwacji atmosfery GJ 1214b poprzez pomiar ciepła, które emituje ona podczas orbitowania wokół swojej gwiazdy. Ich wyniki, opublikowane w czasopiśmie Nature, stanowią pierwszy przypadek bezpośredniego wykrycia światła emitowanego przez egzoplanetę typu pod-Neptuna – kategorii planet większych od Ziemi, ale mniejszych od Neptuna.
Chociaż GJ 1214b jest zbyt gorąca, by nadawała się do zamieszkania, badacze odkryli, że jej atmosfera prawdopodobnie zawiera parę wodną – być może nawet w znacznych ilościach – i składa się głównie z cząsteczek cięższych od wodoru.
Eliza Kempton, profesor nadzwyczajna astronomii na Uniwersytecie Maryland i główny autor badania, mówi, że odkrycia oznaczają punkt zwrotny w badaniu planet typu pod-Neptuna, takich jak GJ 1214b.
Jestem na tropie zrozumienia GJ 1214b od ponad dekady, powiedziała. Kiedy otrzymaliśmy dane do tej pracy w Nature, mogliśmy zobaczyć, jak światło z planety po prostu znika, gdy przechodzi ona za swoją macierzystą gwiazdą. Tego nigdy wcześniej nie widziano dla tej planety ani dla żadnej innej planety tej klasy.
„Nowe światło”
Pod-Neptuny są najczęstszym typem planet w Drodze Mlecznej, chociaż żadna nie istnieje w naszym Układzie Słonecznym. Pomimo mętnej atmosfery GJ 1214b, badacze uznali, że planeta jest nadal ich największą szansą na obserwację atmosfery pod-Neptuna ze względu na jej jasną, ale małą gwiazdę macierzystą.
W swoich badaniach zmierzyli oni światło podczerwone, które GJ 1214b emitowała w ciągu około 40 godzin – czasu, w którym planeta okrąża swoją gwiazdę. Gdy dzień zmienia się w noc, ilość ciepła, która przemieszcza się z jednej strony planety na drugą zależy w dużej mierze od tego, z czego zbudowana jest jej atmosfera. Ta metoda badawcza, znana jako obserwacja krzywej fazowej, otworzyła nowe okno na atmosferę planety.
Isaac Malsky, student i współautor badania, uruchomił trójwymiarowe modele planety, testując modele z chmurami i zamgleniami oraz bez nich, aby zobaczyć, jak te aerozole kształtują strukturę termiczną planety i pomóc w interpretacji danych.
Te nowe dane są niezwykłe, a w połączeniu z symulacjami informują o naszym zrozumieniu, że GJ 1214b prawdopodobnie ma atmosferę wzmocnioną metalami. Dzięki JWST mogliśmy zobaczyć zmiany jasności planety w trakcie obserwacji, odsłaniając nowe wycinki planety na całej jej orbicie – powiedział Malsky.
Działanie modeli pozwala nam testować różne scenariusze i sprawdzać, jak porównują się one z obserwacjami, a także badać, w jaki sposób różne efekty, takie jak mgiełki lub chmury, wpływające na planetę i przejawiają się w obserwacjach.
Mierząc ruch i wahania ciepła, badacze ustalili, że GJ 1214b nie ma atmosfery zdominowanej przez wodór.
Wcześniej wszystko, co wiedzieliśmy o planecie to to, że jest ona pokryta grubymi aerozolami. Teraz dzięki tym nowym odkryciom możemy śmiało powiedzieć, że atmosfera nie jest zdominowana przez wodór i hel, jak w przypadku Jowisza, ale składa się przede wszystkim z ciężkich związków, takich jak woda – powiedziała współautorka badań Emily Rauscher, profesor nadzwyczajna na Uniwersytecie Michigan.
Potencjalny wodny świat?
Pytanie, czy GJ 1214b posiada wodę, od dawna interesowało astronomów. Poprzednie obserwacje wykonane Kosmicznym Teleskopem Hubble’a sugerowały, że GJ 1214b może być wodnym światem – luźne określenie dla każdej planety, która zawiera znaczącą ilość wody.
Najnowsze dane JWST ujawniły ślady wody, metanu lub ich mieszanki. Substancje te pasują do subtelnej absorpcji światła obserwowanej w zakresie długości fal obserwowanych przez JWST. Potrzebne będą dalsze badania, aby określić dokładny skład atmosfery planety, ale dowody zgadzają się z możliwością istnienia dużych ilości wody, twierdzą naukowcy.
Refleksja nad ustaleniami
Naukowcy w swoim badaniu dokonali kolejnego zaskakującego odkrycia: GJ 1214b niesamowicie odbija światło. Planeta nie była tak gorąca, jak oczekiwano, co mówi naukowcom, że coś w atmosferze odbija światło.
Kempton powiedział, że wiele jest miejsc na dalsze badania, w tym takie, które przyjrzą się bliżej aerozolom na dużych wysokościach, które tworzą mgłę – lub prawdopodobne chmury – w atmosferze GJ 1214b. Wcześniej naukowcy sądzili, że może to być ciemna, podobna do sadzy substancja, która pochłania światło. Jednak odkrycie, że egzoplaneta jest odblaskowa, rodzi nowe pytania.
Byliśmy również zaskoczeni, gdy dowiedzieliśmy się, że aerozole pokrywające planetę silnie odbijają światło, zacznie bardziej niż cokolwiek, czego się spodziewaliśmy – powiedział Rauscher. Więc chociaż wiemy więcej o atmosferze planety, odkryliśmy również nową tajemnicę.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Researchers measure the light emitted by a sub-Neptune planet’s atmosphere for the first time
- A reflective, metal-rich atmosphere for GJ 1214b from its JWST phase curve
Źródło: University of Michigan
Na ilustracji: Wizja artystyczna egzoplanety GJ 1214b oddalonej od Ziemi o 40 lat świetlnych. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
