Tocmai am primit cea mai detaliată imagine a atmosferei unei exoplanete de până acum

WASP-39b, un gigant gazos aflat la aproximativ 700 de ani lumină distanță, se dovedește a fi un tezaur exoplanetar.

La începutul acestui an, WASP-39b a fost subiectul prima depistare de dioxid de carbon din atmosfera unei planete din afara sistemului solar.

Acum, o analiză aprofundată a datelor de la telescopul spațial James Webb (JWST) ne-a oferit o mină de aur absolută de informații: cea mai detaliată privire asupra atmosferei unei exoplanete până în prezent.

Rezultatele includ informații despre norii lui WASP-39b, prima detectare directă a fotochimiei într-o atmosferă de exoplanetă și un inventar aproape complet al conținutului chimic al atmosferei care dezvăluie indicii tentante despre istoria formării exoplanetelor.

Aceste descoperiri epice au fost publicate în cinci articole în Naturăși deschide calea pentru eventuala detecție a semnăturilor chimice ale vieții în afara sistemului solar.

„Aceste observații timpurii sunt un prevestitor al unei științe mai uimitoare care va veni cu JWST”, spune astrofizicianul Laura Kreidbergdirector al Institutului Max Planck pentru Astronomie din Germania.

„Am pus telescopul la încercare pentru a testa performanța și a fost aproape perfect – chiar mai bine decât ne așteptam.”

De la descoperirea primelor exoplanete la începutul anilor 1990, am căutat să aflăm mai multe despre aceste lumi care orbitează stelele extraterestre.

Dar provocările au fost descurajante. Exoplanetele pot fi extrem de mici și extrem de îndepărtate. Nici măcar nu i-am văzut pe majoritatea dintre ei: știm despre existența lor doar prin efectul pe care îl au asupra stelelor gazdă.

Un astfel de efect apare atunci când exoplaneta trece între noi și stea, eveniment cunoscut sub numele de tranzit. Acest lucru determină o ușoară atenuare a luminii stelelor; evenimentele periodice de estompare sugerează prezența unui corp în orbită. Putem chiar să spunem cât de mare este acest corp care orbitează, pe baza efectelor de estompare și gravitaționale asupra stelei.

Și mai putem spune ceva, pe baza datelor de tranzit. Pe măsură ce lumina stelelor trece prin atmosfera exoplanetei în tranzit, aceasta se schimbă. Anumite lungimi de undă din spectru sunt atenuate sau luminoase, în funcție de modul în care moleculele din atmosferă absorb și re-emit lumina.

Semnalul este slab, dar cu un telescop suficient de puternic și un teanc de tranzite, caracteristicile schimbătoare de absorbție și emisie pe spectru pot fi decodificate pentru a determina conținutul atmosferei unei exoplanete.

JWST este cel mai puternic telescop spațial lansat vreodată. Cu trei dintre cele patru instrumente ale sale, a obținut spectre detaliate în infraroșu ale stelei WASP-39. Oamenii de știință s-au apucat apoi de a analiza codurile de culoare.

În primul rând, un inventar al moleculelor prezente în atmosfera lui WASP-39b. Pe lângă cele de mai sus dioxid de carbon, cercetătorii au detectat vapori de apă, sodiu și monoxid de carbon. Nu a fost detectată metanul, ceea ce sugerează că metalicitatea lui WASP-39b este mai mare decât cea a Pământului.

Abundența acestor elemente este, de asemenea, revelatoare. În special, raportul carbon/oxigen sugerează că exoplaneta s-a format mult mai departe de steaua gazdă decât poziția sa apropiată actuală, ocupând o orbită de patru zile. Și datele de modelare și observație sugerează că cerul exoplanetelor este populat de nori sparți – nu apă, ci silicați și sulfiți.

În cele din urmă, observațiile au relevat prezența unui compus numit dioxid de sulf. Aici, în sistemul solar, pe lumi stâncoase precum Venus iar luna joviană Io, dioxidul de sulf este rezultatul activității vulcanice. Dar pe lumi gazoase, dioxidul de sulf are o altă origine: este produs atunci când hidrogenul sulfurat este descompus de lumină în elementele sale constitutive, iar sulful rezultat este oxidat.

Reacțiile chimice induse de fotoni sunt cunoscute ca fotochimieși au implicații pentru locuibilitatea, stabilitatea unei atmosfere și formarea de aerosoli.

WASP-39b, pentru a fi clar, probabil că nu este locuibil pentru viață, așa cum îl cunoaștem, din o mulțime de motive, inclusiv, dar fără a se limita la temperatura sa arzătoare și compoziția gazului, dar detectarea fotochimiei este una care are implicații pentru studiile atmosferice ale alte lumi și înțelegerea evoluției lui WASP-39b în sine.

Oamenii de știință planetari s-au pregătit de ani de zile pentru informațiile despre atmosfere pe care trebuia să le ofere JWST. Odată cu prima analiză detaliată a atmosferei exoplanetei, se pare că telescopul spațial își va ține promisiunile.

În plus, echipele implicate în această cercetare pregătesc documentație, astfel încât alți oameni de știință să își poată aplica tehnicile la observațiile viitoare ale exoplanetelor JWST.

S-ar putea să nu detectăm semnele vieții într-o atmosferă de exoplanetă cu JWST – poate că va fi nevoie de un telescop și mai puternic pentru a oferi acest nivel de detalii fine – dar odată cu analiza lui WASP-39b, această descoperire se simte din ce în ce mai tentantă la îndemână. .

„Date ca acestea”, spune astronomul Natalie Batalha de la Universitatea din California la Santa Cruz, „schimbă jocul”.

Cercetarea va fi publicată Natură și poate fi citit în preprinturi Aici, Aici, Aici, Aiciși Aici.