Superziemia miała być martwa. Odkryli, że ma atmosferę
TOI-561 b powinna być wyjałowiona przez promieniowanie gwiazdy, ale widmo emisji mówi coś innego. Naukowcy testują scenariusze grubej otoczki lotnej.
TOI-561 b to świat, który, który już z samej definicji miał być martwy i ogołocony. Krąży tak blisko swojej gwiazdy, że jego skały powinny się dosłownie topić, a wszelka atmosfera dawno temu powinna zostać zdarta przez promieniowanie. Tymczasem James Webb spojrzał na tę planetę i zobaczył coś, co nie pasuje do obrazka nagiej, rozżarzonej bryły: strona dzienna wygląda na zbyt chłodną. Najprostsze wytłumaczenie brzmi prowokacyjnie, ale bardzo prawdopodobnie. Wychodzi na to, że ta piekielna planeta wciąż ma atmosferę.
Planeta, która nie miała prawa zatrzymać powietrza
TOI-561 b należy do klasy ultrakrótkookresowych planet skalistych, czyli takich, które obiegają gwiazdę w czasie krótszym niż doba. W tym przypadku mowa o orbicie poniżej 11 godz. Sama gwiazda jest bardzo stara, bo ma około 10 mld lat, a układ leży mniej więcej 280 lat świetlnych od Ziemi. Przy tak ekstremalnym grzaniu standardowe założenie jest proste: lotne gazy nie mają szans przetrwać, a na powierzchni zostaje rozpalona, bezatmosferyczna skała.
Zespół przy swojej pracy użył instrumentu NIRSpec na JWST i obserwował układ przez ponad 37 godz. w maju 2024 r., obejmując 4 pełne obiegi planety. Kluczem były tu tzw. zaćmienia wtórne, czyli momenty, gdy planeta chowa się za tarczą gwiazdy. To właśnie wtedy znika jej własna poświata w podczerwieni, a naukowcy mogą odjąć ją od całkowitej jasności układu. Tak właśnie wydobywa się sygnał termiczny planety i szacuje temperaturę jej strony dziennej.
Wynik, który nie pasuje do TOI-561 b
Gdyby TOI-561 b była pozbawioną atmosfery bryłą, jej dzienna strona powinna być skrajnie gorąca. Naukowcy zestawiają te oczekiwania z pomiarem i wskazują bardzo duży rozjazd: Webb widzi temperaturę rzędu około 1700 stopni Celsjusza, podczas gdy scenariusz bez atmosfery dawałby około 2700 stopni. W ujęciu modelowym opisanym w artykule naukowym pojawia się też język temperatury jasnościowej, czyli takiej, jaką miałoby ciało doskonale emitujące promieniowanie cieplne: dopasowania dają wartości około 1800-2150 K, wyraźnie niższe od przewidywań dla gołej skały oraz niższe od tego, co wynikałoby z prostych założeń o ogrzewaniu.
Badacze sprawdzili, czy w widmie emisji w paśmie 3-5 mikrometrów widać ślady konkretnych cząsteczek, takich jak para wodna, tlenek węgla, dwutlenek węgla czy tlenek krzemu. W praktyce dane okazały się bliskie krzywej ciała doskonale czarnego, a bardziej złożone modele nie uzyskały istotnej przewagi statystycznej. To ważne, bo brak wyraźnych odcisków palców chemii nie oznacza, że atmosfery nie ma. Przy płytkich zaćmieniach konieczne jest szerokie binowanie długości fali, a wtedy subtelne cechy łatwiej giną w szumie.
Co mogłoby zatem chłodzić planetę, która ma być rozpalona do białości?
W części modelowej pokazano, że cienka atmosfera par skalnych nie zgadza się ze wcześniejszymi obserwacjami. Dane wypadają systematycznie poniżej takiego scenariusza, co sugeruje, że potrzebny jest silniejszy mechanizm chłodzenia. Według badaczy możliwe są zatem 3 drogi, które mogą tak naprawdę działać w jednym momencie: transport ciepła na nocną stronę planety, niezerowe odbijanie energii gwiazdy mierzone tzw. albedo Bonda oraz niejednorodna, zależna od długości fali przezroczystość atmosfery, która pozwala wypuszczać energię innymi oknami niż te, które widzimy w paśmie 3-5 mikrometrów.
W symulacjach najlepiej wypadają scenariusze atmosfer lotnych, bogatych w wodę lub w mieszankę z dominującym tlenem; wariant z dużym udziałem CO2 pasuje gorzej, bo wprowadza cechę absorpcyjną, której widmo nie potwierdza.
Przeczytaj także:
TOI-561 b to najprawdopodobniej pierwszy przypadek wśród planet o ultrakrótkiej orbicie, w którym strona dzienna jest zbyt chłodna, by wytłumaczyć ją nagą skałą. To uderza w popularną tezę, że ekstremalnie napromieniowane superziemie muszą być całkowicie wyjałowione z atmosfer. Jeśli ta planeta naprawdę utrzymuje grubą otoczkę lotną, to otwiera się nowe pole do badania takich światów nie tylko przez geologię magmowych oceanów, ale też przez fizykę ich atmosfer.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
