Europejscy astronomowie korzystając z JWST odkryli w atmosferze pobliskiej egzoplanety parę wodną, dwutlenek siarki oraz obłoki krzemianowego piasku.
Zespół europejskich astronomów skorzystał z najnowszych obserwacji dokonanych przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) do analizy atmosfery pobliskiej egzoplanety WASP-107b. Podczas badania gęstej atmosfery tej egzoplanety, astronomowie odkryli parę wodną, dwutlenek siarki oraz obłoki krzemianowego piasku. Te cząsteczki występują w dynamicznej atmosferze, która charakteryzuje się intensywnym ruchem materii. Wyniki tych badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature 15 listopada 2023.
Astronomowie na całym świecie korzystają z zaawansowanego instrumentu średniej podczerwieni MIRI na pokładzie Teleskopu Webba, aby przeprowadzać przełomowe obserwacje egzoplanet – planet krążących wokół gwiazd innych niż nasze Słońce. Jednym z tych fascynujących światów jest WASP-107b, unikalna gazowa egzoplaneta, która orbituje wokół gwiazdy nieco chłodniejszej i mniej masywnej niż nasze Słońce. Jej masa jest podobna do Neptuna, ale jej rozmiary są znacznie większe, niemal zbliżając się do Jowisza. Ta cecha sprawia, że WASP-107b jest raczej „puszysta” w porównaniu do gazowych olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym. Ta puszystość umożliwia astronomom zbadanie jej atmosfery prawie 50 razy głębiej niż w przypadku Jowisza, co stanowi niesamowite osiągnięcie.
Zespół europejskich astronomów w pełni wykorzystał wyjątkową puszystość tej egzoplanety, co umożliwiło im zgłębienie jej atmosfery. To otworzyło nowe możliwości dla badania skomplikowanego składu chemicznego jej atmosfery. Sygnały i charakterystyczne cechy widmowe są znacznie bardziej widoczne w mniej gęstych atmosferach w porównaniu do tych bardziej zwartej. Ich najnowsze badania wykazały obecność pary wodnej, dwutlenku siarki (SO2) oraz obłoków krzemianowych, ale nie znaleziono śladu metanu (CH4), który jest gazem cieplarnianym.
Odkrycia te dostarczają kluczowych informacji na temat dynamiki i chemii tej fascynującej egzoplanety. Po pierwsze, brak metanu sugeruje potencjalnie ciepłe wnętrze, co daje ciekawy wgląd w przepływ energii cieplnej w atmosferze planety. Po drugie, odkrycie dwutlenku siarki było dużym zaskoczeniem. Poprzednie modele przewidywały jego brak, ale nowe modele klimatyczne atmosfery WASP-107b pokazują, że puszystość samej egzoplanety umożliwia powstawanie dwutlenku siarki w jej atmosferze. Pomimo że jej macierzysta gwiazda emituje relatywnie małą ilość wysokoenergetycznych fotonów ze względu na swój chłodniejszy charakter, te fotony są w stanie dotrzeć głęboko do atmosfery planety dzięki jej puszystej naturze. To z kolei umożliwia zachodzenie reakcji niezbędnych do produkcji dwutlenku siarki.
Ale to nie wszystko, co zaobserwowano. Zarówno cechy widmowe dwutlenku siarki, jak i pary wodnej są znacznie zmniejszone w porównaniu do scenariusza bez chmur. Obłoki wysoko położone częściowo zakrywają parę wodną i dwutlenek siarki w atmosferze. Chociaż na innych egzoplanetach podejrzewano istnienie obłoków, to w tym przypadku astronomowie po raz pierwszy są w stanie jednoznacznie określić ich skład chemiczny. Obłoki te składają się głównie z małych cząsteczek krzemianów, substancji znanej ludziom jako główny składnik piasku występujący w różnych częściach świata.
W przeciwieństwie do atmosfery ziemskiej, gdzie woda zamarza w niskich temperaturach, na planetach gazowych o temperaturach około 1000 oC, cząsteczki krzemianów mogą zamarzać, tworząc obłoki. Jednak na WASP-107b, gdzie atmosfera ma około 500 oC w zewnętrznych warstwach, tradycyjne modele sugerowały, że te krzemianowe obłoki powinny tworzyć się głębiej w atmosferze, gdzie temperatura jest znacznie wyższa. Co więcej, chmury piasku znajdujące się wysoko w atmosferze powinny opaść. Jak więc możliwe jest, że te obłoki piasku istnieją na dużych wysokościach i nadal się utrzymują?
Ten ciągły cykl sublimacji i kondensacji poprzez transport pionowy jest odpowiedzialny za trwałą obecność piaskowych obłoków w atmosferze WASP-107b.
Te pionierskie badania nie tylko rzucają światło na ten egzotyczny świat WASP-107 b, ale również poszerzają nasze zrozumienie atmosfer egzoplanet. To istotny krok milowy w badaniach egzoplanetarnych, odkrywający złożone interakcje między substancjami chemicznymi a warunkami klimatycznymi na tych odległych światach.
Więcej informacji:
- James Webb Space Telescope detects water vapour, sulfur dioxide and sand clouds in the atmosphere of a nearby exoplanet
- SO2, silicate clouds, but no CH4 detected in a warm Neptune
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Źródło: KU Leuven
Na ilustracji: Wizja artystyczna egzoplanety WASP-107b i jej gwiazdy macierzystej. Źródło: Klaas Verpoest, Johan Van Looveren, Leen Decin
