Svemirski teleskop Džejms Veb (JVST) je upravo postigao još jedan prvi: detaljan molekularni i hemijski portret neba udaljenog sveta.
Niz visokoosetljivih instrumenata teleskopa obučen je na atmosferi „vrućeg Saturna“ — planete masivne otprilike kao Saturn koja kruži oko zvezde udaljene oko 700 svetlosnih godina — poznate kao VASP-39 b. Dok su JVST i drugi svemirski teleskopi, uključujući Hubble i Spitzer, ranije otkrili izolovane sastojke atmosfere ove uzavrele planete, nova očitavanja pružaju pun meni atoma, molekula, pa čak i znakova aktivne hemije i oblaka.
„Jasnoća signala sa više različitih molekula u podacima je izuzetna“, kaže Mercedes Lopez-Morales, astronom iz Centra za astrofiziku | Harvard & Smithsonian i jedan od naučnika koji su doprineli novim rezultatima.
„Predvideli smo da ćemo videti mnoge od tih signala, ali ipak, kada sam prvi put video podatke, bio sam zadivljen“, dodaje Lopez-Morales.
Najnoviji podaci takođe daju nagoveštaj o tome kako bi ovi oblaci na egzoplanetama mogli izgledati izbliza: razbijeni, a ne jedno, jednolično ćebe iznad planete.
Nalazi dobro ukazuju na sposobnost JVST-a da sprovede širok spektar istraživanja o egzoplanetama – planetama oko drugih zvezda – kojima su se naučnici nadali. To uključuje ispitivanje atmosfere manjih, stenovitih planeta poput onih u sistemu TRAPPIST-1.
„Posmatrali smo egzoplanetu sa više instrumenata koji zajedno pružaju širok opseg infracrvenog spektra i mnoštvo hemijskih otisaka prstiju nedostupnih do JVST“, rekla je Natalie Batalha, astronom sa Univerziteta Kalifornije, Santa Kruz, koja je doprinela i pomogla u koordinaciji novo istraživanje. „Ovakvi podaci menjaju igru.“
Skup otkrića je detaljno opisan u setu od pet novoprijavljenih naučnih radova, dostupnih na veb stranici preprinta arKsiv. Među otkrićima bez presedana je prvo otkrivanje sumpor-dioksida u atmosferi egzoplaneta, molekula proizvedenog hemijskim reakcijama izazvanim visokoenergetskom svetlošću matične zvezde planete. Na Zemlji se zaštitni ozonski omotač u gornjoj atmosferi stvara na sličan način.
„Iznenađujuće otkrivanje sumpor-dioksida konačno potvrđuje da fotohemija oblikuje klimu ’vrućih Saturna’“, kaže Dajana Pauel, saradnik NASA-e Hubble, astronom u Centru za astrofiziku i ključni član tima koji je otkrio sumpor-dioksid. „Klima na Zemlji je takođe oblikovana fotohemijom, tako da naša planeta ima više zajedničkog sa ‘vrućim Saturnima’ nego što smo ranije znali.“
Jea Adams, diplomirani student na Harvardu i istraživač u Centru za astrofiziku, analizirala je podatke koji su potvrdili signal sumpor-dioksida.
„Kao rani istraživač u karijeri u oblasti atmosfera egzoplaneta, tako je uzbudljivo biti deo ovakve detekcije“, kaže Adams. „Proces analize ovih podataka je bio magičan. Videli smo nagoveštaje ove karakteristike u ranim podacima, ali ovaj instrument veće preciznosti je jasno otkrio potpis SO2 i pomogao nam da rešimo zagonetku.“
Na procenjenoj temperaturi od 1.600 stepeni Farenhajta i atmosferi sačinjenoj uglavnom od vodonika, veruje se da VASP-39 b nije pogodan za stanovanje. Egzoplaneta je upoređena i sa Saturnom i sa Jupiterom, sa masom sličnom Saturnu, ali ukupne veličine kao Jupiter. Ali novi rad ukazuje na put ka pronalaženju dokaza o potencijalnom životu na planeti pogodnoj za život.
Blizina planete svojoj zvezdi domaćinu — osam puta bliža nego što je Merkur našem suncu — takođe je čini laboratorijom za proučavanje efekata zračenja zvezda domaćina na egzoplanete. Bolje poznavanje veze zvezda-planeta trebalo bi da donese dublje razumevanje kako ovi procesi stvaraju raznolikost planeta koje se posmatraju u galaksiji.
Ostali atmosferski sastojci koje je otkrio JVST uključuju natrijum, kalijum i vodenu paru, potvrđujući prethodna posmatranja svemirskih i zemaljskih teleskopa, kao i pronalaženje dodatnih karakteristika vode, na dužim talasnim dužinama, koje ranije nisu viđene.
JVST je takođe video ugljen-dioksid u višoj rezoluciji, pružajući dvostruko više podataka nego što je prijavljeno iz prethodnih opservacija. U međuvremenu, otkriven je ugljen monoksid, ali očigledni potpisi metana i vodonik sulfida su odsutni u podacima. Ako su prisutni, ovi molekuli se javljaju na veoma niskim nivoima, što je značajno otkriće za naučnike koji prave inventare hemije egzoplaneta kako bi bolje razumeli formiranje i razvoj ovih udaljenih svetova.
Snimanje tako širokog spektra atmosfere VASP-39 b bilo je naučna tura, jer je međunarodni tim koji je brojao stotine nezavisno analizirao podatke iz četiri JVST-ova fino kalibrirana instrumenta. Zatim su napravili detaljna međusobna poređenja svojih nalaza, dajući još naučno nijansiranije rezultate.
JVST posmatra univerzum u infracrvenom svetlu, na crvenom kraju svetlosnog spektra izvan onoga što ljudske oči mogu da vide; što omogućava teleskopu da pokupi hemijske otiske prstiju koji se ne mogu otkriti u vidljivoj svetlosti.
Svaki od tri instrumenta čak ima i neku verziju „IR“ infracrvenog zračenja u svom nazivu: NIRSpec, NIRCam i NIRISS.
Da bi video svetlost sa VASP-39 b, JVST je pratio planetu dok je prolazila ispred svoje zvezde, dozvoljavajući da deo svetlosti zvezde filtrira kroz atmosferu planete. Različite vrste hemikalija u atmosferi apsorbuju različite boje spektra zvezdane svetlosti, tako da boje koje nedostaju govore astronomima koji su molekuli prisutni.
Tako preciznim raščlanjivanjem atmosfere egzoplaneta, JVST instrumenti su radili daleko iznad očekivanja naučnika – i obećavaju novu fazu istraživanja među širokim spektrom egzoplaneta u galaksiji.
Lopez-Morales kaže: „Radujem se što ću videti šta nalazimo u atmosferama malih, zemaljskih planeta.“
