Trójwymiarowe mapy zaczynają skupiać się na egzoplanetach
Astronomowie po raz pierwszy stworzyli trójwymiarową mapę planety krążącej wokół innej gwiazdy. Odkrycie to otwiera zupełnie nowy rozdział w badaniach egzoplanet – światów znajdujących się poza naszym Układem Słonecznym.
Dzięki danym z teleskopu Jamesa Webba (JWST) naukowcy ujawnili niezwykły portret atmosfery planety WASP-18b, na której występują wyraźne strefy temperaturowe, a w najgorętszych obszarach – rozpad cząsteczek wody. WASP-18b to tzw. ultra-gorący Jowisz – gazowy olbrzym o masie dziesięciokrotnie większej od Jowisza, który okrąża swoją gwiazdę w zaledwie 23 godziny. Znajduje się około 400 lat świetlnych od Ziemi, a jego temperatura dochodzi do 5000 stopni Fahrenheita (około 2750°C). Tak ekstremalne warunki czynią go idealnym obiektem do badań nad atmosferami egzoplanet.
Zespół kierowany przez Ryana Challenera z Uniwersytetu Cornell oraz dr Anjali Piette z Uniwersytetu w Birmingham zastosował innowacyjną metodę tzw. mapowania spektroskopowego zaćmień. Polega ona na analizie drobnych zmian w jasności światła gwiazdy, gdy planeta przechodzi za nią i ponownie się wyłania. Z tych subtelnych różnic badacze potrafią odtworzyć trójwymiarową strukturę atmosfery planety – jej szerokość, długość i wysokość. To ogromne wyzwanie techniczne, ponieważ światło planety stanowi ułamek promieniowania emitowanego przez jej gwiazdę. Jak podkreśla Challener, badacze „szukają zmian w niewielkich fragmentach planety, które znikają i pojawiają się ponownie – to zadanie przypomina analizę cienia muchy przelatującej na tle reflektora”.
Nowa mapa 3D powstała na podstawie danych z instrumentu NIRISS teleskopu JWST, który rejestruje światło w bliskiej podczerwieni. Każda długość fali odpowiada innym temperaturom i wysokościom w atmosferze WASP-18b. Po połączeniu tych danych powstał pierwszy trójwymiarowy model termiczny egzoplanety. Wcześniejsze badania w 2023 roku dały jedynie mapę dwuwymiarową, lecz teraz naukowcy po raz pierwszy mogli zajrzeć w głąb atmosfery. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy wskazują, że podobne mapy będzie można tworzyć także dla innych planet obserwowanych przez JWST.
Mapa ujawniła złożoną strukturę atmosfery WASP-18b. Na „dziennej” stronie planety – tej, która zawsze jest zwrócona ku gwieździe – znajduje się owalny, ekstremalnie gorący punkt. Otacza go chłodniejszy pierścień rozciągający się ku krawędzi planety. W najgorętszym obszarze badacze zauważyli znacznie mniej pary wodnej, co wskazuje, że wysoka temperatura rozkłada cząsteczki H₂O.
– To zjawisko przewidywano w teorii, ale dopiero teraz mogliśmy zobaczyć je bezpośrednio dzięki rzeczywistym obserwacjom. Takie dane pomagają zrozumieć nie tylko skład chemiczny egzoplanet, ale też dynamikę ich wiatrów i rozkład ciepła w atmosferze – podkreśla Challener.
Dr Anjali Piette zwraca uwagę, że możliwość obserwowania egzoplanet w trzech wymiarach to prawdziwa rewolucja. „Większość z nich znajduje się zbyt blisko swoich jasnych gwiazd, by można było je sfotografować bezpośrednio. Dzięki mapowaniu spektroskopowemu możemy jednak zajrzeć w ich struktury, tak jakbyśmy patrzyli na miniaturowe światy przez warstwy atmosfery”.
Technika mapowania 3D ma potencjał, by zastosować ją do setek innych „gorących Jowiszów” spośród ponad 6000 potwierdzonych dotąd egzoplanet. Kolejne obserwacje z JWST pozwolą zwiększyć rozdzielczość przestrzenną i lepiej zrozumieć procesy zachodzące w atmosferach tych ekstremalnych światów. Nowa metoda otwiera drogę do stworzenia atlasu egzoplanet w trzech wymiarach – zbioru kosmicznych modeli, które pozwolą porównywać ich temperatury, składy chemiczne i dynamikę atmosfer.
– To dopiero początek. Dzięki teleskopowi Jamesa Webba możemy wreszcie badać egzoplanety jako złożone, trójwymiarowe światy – a nie tylko punkty światła na niebie – dodał Challener.
Badania zostały wsparte przez program naukowy JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program.
Źródło: University of Birmingham
Czytaj też: Naukowcy badają pierwszą metalową część „wydrukowaną” w kosmosie
Grafika tytułowa: Javier Miranda / Unsplash
