Svemirski teleskop Džejms Veb je posmatrao egzoplanetu VASP-80 b dok je prolazila ispred i iza svoje zvezde domaćina, otkrivajući spektre koji ukazuju na atmosferu koja sadrži gas metan i vodenu paru. Dok je vodena para do sada otkrivena na više od deset planeta, do nedavno je metan — molekul koji se nalazi u izobilju u atmosferama Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna u našem solarnom sistemu — ostao nedostižan u atmosferama tranzitnih egzoplaneta kada se proučava svemirskom spektroskopijom.
Tailor Bell iz Baiy Area Environmental Research Institute (BAERI), koji radi u NASA-inom istraživačkom centru Ames u Silicijumskoj dolini u Kaliforniji, i Luis Velbanks sa Državnog univerziteta u Arizoni govore nam više o značaju otkrivanja metana u atmosferama egzoplaneta i razgovaraju o tome kako su Vebova zapažanja olakšala identifikaciju ovog dugo traženog molekula. Ovi nalazi su nedavno objavljeni u časopisu Nature.
„Sa temperaturom od oko 825 Kelvina (oko 1.025 stepeni Farenhajta), VASP-80 b je ono što naučnici nazivaju ‘topli Jupiter’, a to su planete koje su po veličini i masi slične planeti Jupiteru u našem solarnom sistemu, ali imaju temperatura koja je između vrućih Jupitera, kao što je 1,450-K (2,150-F) HD 209458 b (prva otkrivena tranzitna egzoplaneta), i hladnih Jupitera, poput našeg, koji iznosi oko 125 K (235 F).“
„VASP-80 b obiđe svoju zvezdu crvenog patuljka jednom svaka tri dana i nalazi se 163 svetlosne godine od nas u sazvežđu Akvila. Pošto je planeta tako blizu svoje zvezde i obe su tako daleko od nas, možemo „Ne vide planetu direktno čak ni najnaprednijim teleskopima kao što je Veb. Umesto toga, istraživači proučavaju kombinovanu svetlost zvezde i planete koristeći metod tranzita (koji je korišćen za otkrivanje većine poznatih egzoplaneta) i metod pomračenja.“
„Koristeći metod tranzita, posmatrali smo sistem kada se planeta kretala ispred svoje zvezde iz naše perspektive, zbog čega se svetlost zvezda koju smo videli malo prigušila. To je kao kada neko prođe ispred lampe, a svetlost se zatamni .“
„Tokom ovog vremena, tanak prsten atmosfere planete oko granice dan/noć planete je osvetljen od strane zvezde, a pri određenim bojama svetlosti gde molekuli u atmosferi planete apsorbuju svetlost, atmosfera izgleda gušće i blokira više zvezdane svetlosti. , uzrokujući dublje zatamnjenje u poređenju sa drugim talasnim dužinama gde atmosfera izgleda providna. Ovaj metod pomaže naučnicima poput nas da shvate od čega je napravljena atmosfera planete tako što vide koje boje svetlosti su blokirane.“
„U međuvremenu, koristeći metodu pomračenja, posmatrali smo sistem kako je planeta prolazila iza svoje zvezde iz naše perspektive, što je izazvalo još jedan mali pad u ukupnoj svetlosti koju smo primili. Svi objekti emituju nešto svetlosti, nazvano toplotno zračenje, sa intenzitetom i bojom emitovano svetlo u zavisnosti od toga koliko je predmet vruć.“
„Neposredno pre i posle pomračenja, vrela dnevna strana planete je usmerena ka nama, a merenjem pada svetlosti tokom pomračenja, mogli smo da izmerimo infracrvenu svetlost koju emituje planeta. Za spektre pomračenja, apsorpcija od strane molekula u Atmosfera planete se obično pojavljuje kao smanjenje emitovane svetlosti planete na određenim talasnim dužinama. Takođe, pošto je planeta mnogo manja i hladnija od zvezde domaćina, dubina pomračenja je mnogo manja od dubine tranzita.“
„Prva zapažanja koja smo napravili trebalo je da se transformišu u nešto što nazivamo spektrom; ovo je u suštini merenje koje pokazuje koliko svetlosti ili blokira ili emituje atmosfera planete pri različitim bojama (ili talasnim dužinama) svetlosti. Postoji mnogo različitih alata za transformisali neobrađena zapažanja u korisne spektre, tako da smo koristili dva različita pristupa kako bismo bili sigurni da su naši nalazi otporni na različite pretpostavke.“
„Dalje, mi smo interpretirali ovaj spektar koristeći dve vrste modela kako bismo simulirali kako bi izgledala atmosfera planete u takvim ekstremnim uslovima. Prvi tip modela je potpuno fleksibilan, pokušavajući da pronađe milione kombinacija obilja metana i vode i temperatura. kombinacija koja najbolje odgovara našim podacima. Drugi tip, nazvan ‘samokonzistentni modeli’, takođe istražuje milione kombinacija, ali koristi naše postojeće znanje fizike i hemije da odredi nivoe metana i vode koji se mogu očekivati.“
„Oba tipa modela su došla do istog zaključka: definitivno otkrivanje metana.“
„Da bismo potvrdili naše nalaze, koristili smo robusne statističke metode da procenimo verovatnoću da je naša detekcija nasumična buka. U našoj oblasti, smatramo da je ‘zlatni standard’ nešto što se zove ‘5-sigma detekcija’, što znači šanse za detekciju uzrokovane nasumičnom bukom su 1 prema 1,7 miliona. U međuvremenu, otkrili smo metan na 6,1-sigma i u tranzitnom i u spektru pomračenja, što postavlja šanse za lažnu detekciju u svakom posmatranju na 1 prema 942 miliona, što prevazilazi 5-sigma ‘zlatni standard’ i jača naše poverenje u oba otkrivanja.“
„Sa tako pouzdanom detekcijom, ne samo da smo pronašli veoma neuhvatljiv molekul, već sada možemo da počnemo da istražujemo šta nam ovaj hemijski sastav govori o rođenju, rastu i evoluciji planete. Na primer, merenjem količine metana i vode na planeti, možemo zaključiti odnos atoma ugljenika i atoma kiseonika.“
„Očekuje se da će se ovaj odnos promeniti u zavisnosti od toga gde i kada se planete formiraju u njihovom sistemu. Prema tome, ispitivanje ovog odnosa ugljenik-kiseonik može ponuditi tragove o tome da li se planeta formirala blizu svoje zvezde ili dalje pre nego što se postepeno kreće ka unutra.“
„Još jedna stvar koja nas je uzbuđivala u vezi sa ovim otkrićem je prilika da konačno uporedimo planete izvan našeg Sunčevog sistema sa onima u njemu. NASA ima istoriju slanja svemirskih letelica gasnim divovima u našem solarnom sistemu da izmeri količinu metana i drugih Sada, merenjem istog gasa na egzoplaneti, možemo početi da vršimo poređenje ‘jabuka-jabuka’ i vidimo da li se očekivanja od Sunčevog sistema poklapaju sa onim što vidimo izvan njega. “
„Konačno, dok gledamo ka budućim otkrićima sa Vebom, ovaj rezultat nam pokazuje da smo na ivici uzbudljivijih otkrića. Dodatna MIRI i NIRCam zapažanja VASP-80 b sa Vebom će nam omogućiti da ispitamo svojstva atmosfere u različite talasne dužine svetlosti. Naša otkrića nas navode na pomisao da ćemo moći da posmatramo i druge molekule bogate ugljenikom kao što su ugljen-monoksid i ugljen-dioksid, što nam omogućava da naslikamo sveobuhvatniju sliku uslova u atmosferi ove planete.“
„Pored toga, kako nalazimo metan i druge gasove u egzoplanetama, nastavićemo da širimo naše znanje o tome kako hemija i fizika funkcionišu u uslovima drugačijim od onih koje imamo na Zemlji, a možda uskoro i na drugim planetama koje nas podsećaju na ono što imamo. ovde kod kuće. Jedna stvar je jasna——put otkrića sa svemirskim teleskopom Džejms Veb prepun je potencijalnih iznenađenja.“
