Dalekohled JWST nakoukl do atmosféry jedné z běžných, ale přesto záhadných exoplanet
Autor: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Vědci pozorovali pomocí Webbova teleskopu atmosféru horké exoplanety hmotnosti Neptuna TOI-421 b a oznámili, že se v ní nenachází oblaka, nebo závoj. Detekovali zde vodu a oxidy síry a uhlíku, ale chyběl oxid uhličitý nebo metan. Podařilo se tak upřesnit naši představu o atmosférách těchto zřejmě běžných planet, které jsou velmi blízko svým hvězdám, hmotné asi jako náš Neptun, ale mají menší poloměr než tato planeta.
Vesmírný dalekohled Jamese Webba je nejvýkonnější dalekohled pracující v infračerveném oboru daleko za dráhou Měsíce, kde obíhá kolem libračního centra L2 soustavy Země, Slunce. Jeden z jeho hlavních úkolů je studium atmosfér exoplanet. Toto je možné díky tomu, že světlo mateřské hvězdy projde atmosférou exoplanety a ta pozmění její spektrum. Díky tomu jsme schopni poměrně přesně prozkoumat, z jakých plynů se atmosféra skládá.
Zkoumaná exoplaneta s označením TOI-421 b je horký sub-Neptun. Svou hvězdu TOI-421 obíhá blíže než náš Merkur a teplota v její atmosféře tak přesahuje 700 °C. Vědci se domnívají, že ačkoli se podobná planeta v naší Sluneční soustavě nenachází, jinde jsou tyto planety běžné. Jejich hmotnost je větší, než je hmotnost Země, blíží se hmotností Neptunu (17 hmotností Země), ale jejich poloměr je menší, než má Neptun, proto se označují jako sub-Neptuny. Díky blízkosti ke své mateřské hvězdě jsou velmi horké.
Dříve se neočekávalo, že takové planety existují a už vůbec ne, že jich je poměrně mnoho. Teprve objevy hledače exoplanet, dalekohledu Kepler, vnesly úplně nový pohled na jiné planetární systémy. Vědci pozorováním planet tohoto typu zkouší pochopit, jak se tyto planety formují a proč podobnou v našem systému nemáme.
Mohlo by se zdát, že je snadné tyto planety pozorovat v infračerveném oboru, protože jsou poměrně velké a horké, ale vtip je v tom, že ještě mnohem snazší bylo doposud pozorování tzv. horkých Jupiterů, které jsou ještě výraznější. Teprve díky dalekohledu Jamese Webba můžeme poodhalit záhadu těchto exoplanet.
Před pozorováním pomocí nového kosmického teleskopu jsme o těchto planetách věděli, že jejich transmisní spektrum (spektrum hvězdy pozorované průchodem skrz atmosféru exoplanety) je nevýrazné, ploché. Žádné výrazné „otisky prstů“, tedy stopy prvků v jejich atmosféře, se nenašly. Vědci se proto domnívali, že tyto planety typu sub-Neptun jsou zahaleny oblačností nebo závojem mlhy.
Autor: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
Předpokládalo se, že pod teplotní hranicí 576 °C by mělo docházet ke složité fotochemické reakci mezi zářením hvězdy a metanem, což by způsobilo vznik oparu. U žhavějších exoplanet se však neočekávala přítomnost metanu a ani žádný opar. A atmosféra TOI-421 b přesahuje i 726 °C. To je výrazně nad prahovou hodnotou pro vznik oparu a oblak. Vědci tedy očekávali, že uvidí čistou atmosféru. A to se podařilo pomocí JWST potvrdit. Skutečně tomu tak je.
Tým vědců objevil v atmosféře planety vodní páru a také stopy oxidu uhelnatého a oxidu siřičitého. Naopak chyběly molekuly metanu a oxidu uhličitého. Z pořízených dat se dalo také odvodit, že v atmosféře TOI-421 b je velké množství vodíku.
Lehká vodíková atmosféra byla pro vědce velkým překvapením. „Nedávno jsme se zabývali myšlenkou, že těch prvních několik sub-Neptunů pozorovaných Webbem mělo atmosféru složenou z těžkých molekul, takže jsme očekávali totéž i tentokrát, ale zjistili jsme pravý opak,“ řekla hlavní výzkumnice Eliza Kemptonová z University of Maryland. To naznačuje, že TOI-421 b se mohla formovat a vyvíjet odlišně od chladnějších sub-Neptunů pozorovaných dříve.
Atmosféra s převahou vodíku je také zajímavá, protože napodobuje složení hostitelské hvězdy TOI-421 b. „Pokud byste vzali stejný plyn, který tvoří hostitelskou hvězdu, umístili ho do vrchních vrstev atmosféry této planety a ochladili na stejnou teplotu, jaká zde panuje, získali byste stejnou kombinaci plynů. Tento proces je více v souladu s obřími planetami v naší Sluneční soustavě a liší se od jiných sub-Neptunů, které byly dosud pomocí Webba pozorovány,“ řekla Kemptonová.
Kromě toho, že je TOI-421 b žhavější než jiné sub-Neptuny dříve pozorované pomocí Webbova teleskopu, obíhá kolem hvězdy podobné Slunci. Většina ostatních sub-Neptunů, které byly dosud pozorovány, obíhá kolem menších, chladnějších hvězd zvaných červení trpaslíci.
Je TOI-421 b symbolem horkých sub-Neptunů obíhajících kolem hvězd podobných Slunci, nebo je to jen tím, že svět exoplanet je velmi rozmanitý? Aby to vědci zjistili, musí pozorovat více horkých sub-Neptunů a ověřit, zda se jedná o ojedinělý případ, nebo o běžný typ. Každopádně můžeme doufat, že tím získáme lepší vhled do formování a vývoje těchto celkem běžných exoplanet.
Zdroje a doporučené odkazy:
[1] science.nasa.gov
[2] esawebb.org
O autorovi
Martin Gembec
Martin Gembec je český astrofotograf, popularizátor vědy a učitel informatiky na základní škole. Především je ale nadšeným vedoucím planetária v liberecké iQLANDII.
Narodil se v roce 1978 v České Lípě. Od čtení knih se dostal k pozorování a fotografování oblohy. Nad fotkami pak vyprávěl o vesmíru dospělým i dětem a u toho už zůstal. Vystudoval učitelství na ZŠ a SŠ v oboru fyzika, geografie a informatika. Od roku 1999 popularizuje astronomii na vlastním webu. Je redaktorem kosmonautix.cz a zástupcem šéfredaktora astro.cz. Nejraději fotografuje noční krajinu a komety.
Od roku 2019 je vedoucím planetária v libereckém science centru iQLANDIA, kde se věnuje vzdělávání veřejnosti, pořádání akcí a popularizaci astronomie a kosmonautiky mezi mládeží i veřejností.
