Atmosfera z pary wodnej na superziemi. Naukowcy zaskoczeni obrazami z teleskopu Webba
W tej historii jest wszystko to, co kochamy w kosmosie: woda, inne planety i teleskop Webba. Skaliste egzoplanety to jedna z najbardziej interesujących obiektów w kosmosie. To one są głównymi kandydatkami na siostry naszej Ziemi. To tam może istnieć życie. Nic więc dziwnego, że ich obserwacje i odkrycia zawsze budzą olbrzymie emocje. Nie inaczej jest tym razem. Teleskop kosmiczny Jamesa Webba przyjrzał się planecie GJ 486 b. W porównaniu z Ziemią to dziwoląg, okrążający czerwonego karła w zaledwie 1,5 dnia. Najdziwniejsze jest jednak to, że badacze odkryli w tej okolicy substancję, której wcale nie powinno tam być.
Najczęstszymi gwiazdami we wszechświecie są czerwone karły, co oznacza, że skaliste egzoplanety najczęściej krążą wokół takiej gwiazdy. Czerwone karły są chłodne, więc planeta musi otaczać je na ciasnej orbicie, aby utrzymać ciepło wystarczające do potencjalnego przechowywania wody w stanie ciekłym (co oznacza, że znajduje się w strefie, w której mogło powstać życie).
Niestety, takie gwiazdy są również aktywne, zwłaszcza gdy są młode, emitując promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie, które może zniszczyć atmosfery planet. W rezultacie jednym z najważniejszych otwartych pytań w astronomii jest to, czy skalista planeta może utrzymać lub przywrócić atmosferę w tak surowym środowisku.
Teleskop kosmiczny Jamesa Webba przygląda się GJ 486 b
Teleskop kosmiczny Jamesa Webba (JWST) jest najnowocześniejszym narzędziem do badania kosmosu. Jego potężne instrumenty pozwalają na obserwację odległych galaktyk, powstawania gwiazd i planet oraz poszukiwanie oznak życia poza Ziemią. Jednym z celów misji JWST jest charakteryzacja atmosfer egzoplanet, czyli planet krążących wokół innych gwiazd niż Słońce.
Astronomowie wykorzystali jeden z instrumentów JWST, zwany Spektrografem Bliskiej Podczerwieni (NIRSpec), do zbadania skalistej egzoplanety o nazwie GJ 486 b. To bardzo ciekawa planeta. Jest to tzw. superziemia, czyli planeta o masie i rozmiarze większym niż Ziemia, ale mniejszym niż Neptun. Egzoplaneta GJ 486 b jest 30 proc. większa od Ziemi, ale niemal trzy razy od niej cięższa.
GJ 486 b została odkryta w 2021 roku i znajduje się w odległości 26 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Panny. Krąży ona bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej, czerwonego karła typu M, wykonując pełny obieg w ciągu zaledwie 1,5 dnia ziemskiego. Ziemia okrąża Słońce w ciągu roku, więc różnica jest gigantyczna.
Z powodu tak bliskiej orbity GJ 486 b jest zbyt gorąca, aby mogła być zamieszkana przez życie, jakie znamy. Jej temperatura powierzchni wynosi około 430 stopni Celsjusza. Jednak to właśnie takie skaliste planety są najbardziej interesujące dla poszukiwaczy życia poza Ziemią, ponieważ to one są najbardziej podobne do naszej planety.
Aby sprawdzić, czy GJ 486 b ma atmosferę i jakie cząsteczki się w niej znajdują, astronomowie skorzystali z techniki zwanej spektroskopią tranzytową. Polega ona na obserwowaniu zmiany jasności gwiazdy, gdy planeta przechodzi przed nią z naszej perspektywy. Wtedy część światła gwiazdy jest pochłaniana przez atmosferę planety i zmienia swój kolor (długość fali). Analizując ten kolor można wywnioskować skład chemiczny atmosfery.
Para wodna może pochodzić z gwiazdy
W grudniu 2022 roku JWST obserwował dwa tranzyty GJ 486 b i zebrał dane o częstotliwościach światła podczerwonego w widmie. Następnie zespół badawczy pod kierownictwem Sarah Moran z Uniwersytetu Arizony w Tucson użył trzech metod analizy danych, aby znaleźć dopasowanie do znanych cząsteczek atmosferycznych. Ku ich zaskoczeniu nie znaleźli śladów najczęstszych cząsteczek, takich jak dwutlenek węgla, metan czy wodór. Jedynym zbliżonym dopasowaniem była para wodna.
Para wodna była wcześniej obserwowana w atmosferach gazowych egzoplanet, ale nigdy nie wykryto atmosfery wokół skalistej egzoplanety. Zespół zastrzega jednak, że para wodna może być związana ze zimnymi plamami na samej gwieździe, a nie z planetą.
Jeśli jednak para wodna pochodzi z planety, to oznaczałoby to, że GJ 486 b jest pierwszą skalistą egzoplanetą znaną z posiadania atmosfery. Co więcej, atmosfera ta byłaby całkowicie złożona z pary wodnej, co jest zupełnie obcym zjawiskiem w porównaniu z tym, co znamy. "Nie ma porównywalnej atmosfery w naszym własnym układzie słonecznym" - powiedział Kevin Stevenson, astrofizyk z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory w Laurel w stanie Maryland i współautor badania.
Aby mieć taką atmosferę, planeta musiałaby być stale uzupełniana parą wodną przez wulkany wydzielające parę z wnętrza planety. Taka sytuacja świadczyłaby o dużej aktywności geologicznej i termicznej GJ 486 b. "Moglibyśmy badać zupełnie nowy świat, który pokazywałby różnorodność atmosfer egzoplanet" - dodał Stevenson.
Jednak aby potwierdzić lub wykluczyć obecność atmosfery na GJ 486 b, potrzebne są dalsze obserwacje. Zespół planuje wykorzystać inne instrumenty JWST, takie jak Kamera Bliskiej Podczerwieni (NIRCam) i Spektrograf Średniej Podczerwieni (MIRI), aby uzyskać lepszą rozdzielczość widma i dokładniejsze pomiary. Ponadto planuje obserwować planetę podczas jej zaćmienia, gdy znajduje się za gwiazdą. Wtedy można wyeliminować wpływ gwiazdy na widmo i skupić się tylko na sygnale pochodzącym od planety.
Badanie GJ 486 b jest przykładem tego, jak JWST może pomóc w odkrywaniu i zrozumieniu egzoplanet. Teleskop ten ma możliwość badać nie tylko skaliste planety podobne do Ziemi, ale także gazowe olbrzymy i planety lodowe. Może także szukać oznak życia w atmosferach egzoplanet poprzez wykrywanie tzw. biomarkerów, czyli cząsteczek takich jak tlen czy ozon, które mogą świadczyć o obecności organizmów żywych.
Ilustracja główna: Artystyczna koncepcja przedstawiająca skalistą egzoplanetę GJ 486 b, która krąży wokół czerwonego karła znajdującego się zaledwie 26 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Panny. Autorzy ilustracji: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
