Pozorovania exoplanéty WASP-39b ukazujú oblaky a známky prebiehajúcich chemických procesov.

WASP-39b sa nepodobá žiadnej planéte v slnečnej sústave – veľká ako Saturn obieha okolo svojej hviezdy bližšie ako Merkúr okolo Slnka. Keď JWST pôvodne začal s pravidelnými vedeckými pozorovaniami, táto exoplanéta bola jednou z prvých, na ktoré sa zameral. Vedecká komunita zaoberajúca sa výskumom exoplanét je z výsledkov nadšená. Neuveriteľne citlivé prístroje JWST poskytli profil zložiek atmosféry planéty WASP-39 b a identifikovali množstvo látok vrátane vody, oxidu siričitého, oxidu uhoľnatého, sodíka a draslíka. Kvalita prístrojov na JWST umožňuje vykonávať širokú škálu výskumov všetkých typov exoplanét, vrátane malých skalnatých svetov, ako sú tie v systéme TRAPPIST-1.

Zatiaľ čo JWST a ďalšie vesmírne ďalekohľady, vrátane Hubbleovho a Spitzerovho, predtým odhalili izolované zložky atmosféry tejto horúcej planéty, nové údaje od JWST poskytujú kompletnú paletu atómov, molekúl a dokonca aj známok aktívnej chémie a oblakov.

Náznak toho, ako by tieto oblaky mohli vyzerať zblízka, poskytujú aj najnovšie údaje: pravdepodobne sa nejedná o celistvú prikrývku nad planétou, ale o jednotlivé roztrúsené oblaky.

Súbor vysoko citlivých prístrojov ďalekohľadu bol testovaný na atmosfére WASP-39 b, „horúceho Saturnu“ (planéta približne taká hmotná ako Saturn, ale na menšej obežnej dráhe ako má Merkúr), ktorá obieha okolo hviezdy vzdialenej asi 700 ly (svetelných rokov).

„Pozorovali sme exoplanétu pomocou viacerých prístrojov, ktoré spolu zahŕňajú veľkú časť infračerveného spektra a odhaľujú prítomnosť množstva chemických prvkov, ktoré boli až doteraz pre vedcov nedostupné,“ povedala Natalie Batalha. "Takéto údaje menia hru." Batalha je astronómka na Kalifornskej univerzite v Santa Cruz, ktorá pomohla koordinovať nový výskum.

Medzi nevídané odhalenia patrí prvá detekcia oxidu siričitého v atmosfére exoplanéty, molekuly produkovanej chemickými reakciami vyvolanými vysokoenergetickým svetlom materskej hviezdy. Podobným spôsobom vzniká aj ochranná ozónová vrstva v hornej atmosfére Zeme.

„Toto je prvýkrát, čo vidíme konkrétny dôkaz fotochémie na exoplanétach,“ povedal Shang-Min Tsai, výskumník z Oxfordskej univerzity v Spojenom kráľovstve a hlavný autor článku, ktorý vysvetľuje, pôvod oxidu siričitého v atmosfére WASP-39b. "Vidím to ako skutočne sľubný výhľad na zlepšenie nášho chápania atmosfér exoplanét."

To viedlo k ďalšiemu prvenstvu: vedci aplikovali počítačové modely fotochémie na údaje, ktoré si vyžadujú úplné vysvetlenie takejto fyziky. Následné vylepšenia v modelovaní pomôžu vybudovať technologické know-how na interpretáciu potenciálnych znakov obývateľnosti planét.

"Planéty sú tvarované a transformované v radiačnom kúpeli hostiteľskej hviezdy," povedal Batalha. "Na Zemi tieto transformácie umožňujú životu prosperovať."

Blízkosť planéty k svojej hostiteľskej hviezde, ktorá je k nej osemkrát bližšie ako Merkúr k nášmu Slnku, z nej robí aj laboratórium na štúdium účinkov žiarenia hostiteľských hviezd na exoplanéty. Lepšie poznatky o spojení hviezda-planéta by mali priniesť hlbšie pochopenie toho, ako tieto procesy ovplyvňujú rozmanitosť pozorovaných exoplanét.

Aby JWST zachytil svetlo z WASP-39 b, sledoval planétu, keď prechádzala popred svoju hviezdu. To umožnilo časti svetla hviezdy preniknúť cez atmosféru planéty. Rôzne typy chemikálií v atmosfére absorbujú rôzne farby spektra hviezdneho svetla, takže chýbajúce farby hovoria astronómom, ktoré molekuly sú prítomné. Pri pohľade na vesmír v infračervenom svetle môže JWST zachytiť prítomnosť prvkov, ktoré sa nedajú pozorovať vo viditeľnom svetle.

Ďalšie zložky atmosféry detekované pomocou JWST zahŕňajú sodík (Na), draslík (K) a vodnú paru (H2O), čo potvrdzuje predchádzajúce pozorovania z vesmírnych a pozemných ďalekohľadov, ako aj vodu na týchto dlhších vlnových dĺžkach, na ktorých sme ju doteraz nemohli pozorovať.

JWST pozoroval oxid uhličitý (CO2) vo vyššom rozlíšení, z čoho máme dvakrát viac údajov, ako z jeho predchádzajúcich pozorovaní. Medzitým sa zistila prítomnosť oxidu uhoľnatého (CO), ale chýbali absorpčné čiary metánu (CH4) a sírovodíka (H2S). Ak sú prítomné, tieto molekuly sa vyskytujú vo veľmi nízkych množstvách.

Na zachytenie tohto širokého spektra atmosféry WASP-39 b, niekoľko sto členný medzinárodný tím nezávisle analyzoval údaje zo štyroch jemne kalibrovaných režimov prístrojov na JWST.

„Predpovedali sme, čo nám JWST ukáže, ale bolo to presnejšie, rozmanitejšie a krajšie, ako som v skutočnosti verila, že to bude,“ povedala Hannah Wakeford, astrofyzička z University of Bristol v Spojenom kráľovstve, ktorá skúma atmosféry exoplanét.

Takýto kompletný zoznam chemických látok v atmosfére exoplanét tiež poskytuje vedcom nový pohľad na množstvo rôznych prvkov vo vzájomnom vzťahu, ako je pomer uhlíka ku kyslíku alebo draslíka ku kyslíku. To zase poukazuije na to, ako sa táto planéta – a možno aj iné – sformovala z disku plynu a prachu obklopujúceho materskú hviezdu v jej mladších rokoch.

Chemický inventár WASP-39 b poukazuje na históriu rozbíjania a spájania menších telies nazývaných planetesimály, z ktorých sa vytvárali planéty.

„Pomer množstva síry k vodíku naznačuje, že planéta pravdepodobne zažila významný nárast počtu planetesimál, ktoré mohli dodať tieto zložky do atmosféry,“ povedal Kazumasa Ohno, výskumník exoplanét UC Santa Cruz, ktorý pracoval na dátach z JWST. „Údaje tiež naznačujú, že kyslíka je v atmosfére oveľa viac ako uhlíka. Z toho vyplýva, že WASP-39b pôvodne vznikol ďaleko od centrálnej hviezdy.

Pri tak precíznom analyzovaní atmosféry exoplanét fungovali prístroje na JWST nad očakávania vedcov – a sľubujú novú fázu výskumu v širokej palete exoplanét v galaxii.

„Budeme môcť vidieť celkový obraz atmosféry exoplanét,“ povedala Laura Flagg, výskumníčka z Cornell University a členka medzinárodného tímu. „Je neuveriteľne vzrušujúce vedieť, že všetko sa bude prepisovať. To je jedna z najlepších vecí, prečo byť vedcom."