Újabb mérföldkövet tudhat maga mögött a James Webb-űrteleszkóp: elkészítette egy távoli bolygó molekuláris és kémiai profilját. Bár nem az első eszköz, ami a WASP-39 b jelű exobolygót távcsővégre kapta (korábban már a NASA Hubble és Spitzer űrtávcsövei is kimutattak különböző összetevőket a forró bolygó légkörében) a James Webb mérése az első, ami az atomok és molekulák teljes palettáját felrajzolta, sőt, még aktív kémia és felhők jeleit is felfedezte.

A legfrissebb megfigyelések alapján még a felhők megjelenésére is vannak elképzeléseink, valószínűleg inkább szakadozott, mint a teljes bolygót borító, egyenletes felhőtakaróról lehet szó. A távcső érzékeny műszereit a WASP-39 b forró Szaturnuszon ,,tanították be”. Ez az exobolygó körülbelül akkora tömegű, mint a Szaturnusz, de közelebb kering a tőlünk mintegy 700 fényévnyire található csillagához, mint a Merkúr. Az eredmények egyben jól mutatják azt is, hogy az űrtávcső valóban képes az exobolygók alapos vizsgálatára, például kisebb kőzetbolygók (mint a TRAPPIST-1 rendszer tagjai) légköreinek analizására.

A WASP-39 b forró-szaturnusz és csillagának illusztrációja a legújabb mérések alapján. (Forrás: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

Az exobolygót több műszerrel is megfigyelték, az együttes eredmények pedig az infravörös spektrum széles tartományát lefedik, beleértve egy sor olyan kémiai ,,ujjlenyomatot” is, amik eddig nem voltak elérhetőek más eszközökkel. Az eredményeket nem kevesebb mint öt tudományos cikkben részletezik, amikből három már megjelent, kettő pedig még a bírálati szakaszban jár. Számos más mérföldkő közt az egyik, hogy először detektáltak exobolygó légkörében kén-dioxidot (SO2), ami a központi csillag nagy energiájú sugárzásával való kémiai kölcsönhatás során jön létre. A Földön a felső légkör védelmező ózon rétege alakul ki hasonló módon.

Ez az első alkalom, hogy konkrét bizonyítékot látunk exobolygón zajló fotokémiára. A felfedezés egy újabb mérföldkőhöz vezetett, segítségével olyan fotokémiai modelleket alkottak, amivel más, a megértéshez ilyen fizikát igénylő adatokat is magyarázni lehet. A továbbfejlesztett modellek részei a potenciális lakhatóság felismeréséhez szükséges technológiai know-how kialakításának is.

A bolygó csillaghoz való közelsége miatt (nyolcszor közelebb kering a csillaghoz, mint a Merkúr a Naphoz) érdekes célpont a csillagból kilépő sugárzás exobolygóra gyakorolt hatásainak vizsgálatához is. Minél jobban értjük az ilyen csillag-bolygó kölcsönhatásokat, annál többet tudunk meg a galaxisban megfigyelt megannyi típusú exobolygót érő hatásokról is.

A WASP-39 b megfigyeléséhez a Webb nyomon követte a bolygót, miközben elhaladt a csillaga előtt, így a csillag fénye a bolygó légkörén átszűrődve látszott. A légkörben található különféle kémiai elemek a csillag spektrumának más és más részeit nyelik el, így a hiányzó színekből, vagy vonalakból megállapíthatók az alkotó molekulák. Mivel a James Webb-űrteleszkóp infravörös tartományban érzékeny, olyan molekulák elnyelési vonalait is ki tudja mérni, amik látható tartományban nem detektálhatók.

A WASP-39 b légköri összetétele. Az ábrán négy transzmissziós spektrum látható, mindegyik 0,5 és 5,5 mikron között. Kék vonallal ábrázolták az exobolygó tulajdonságait is figyelembe véve legjobban illeszkedő modellt. (Forrás: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

Sikerült a légkörben kimutatni továbbá nátriumot (Na), káliumot (K) és vízpárát is (H2O), megerősítve ezzel korábbi földi és űrteleszkópok méréseit is. Talált még a légkörben szén-dioxidot (CO2) jóval nagyobb felbontással, mint korábbi mérésekben, és szén-monoxidot (CO) is, viszont a metán (CH4) és a hidrogén-szulfid (H2S) jellegzetes nyomai hiányoztak a Webb mérési adataiból. Ha mégis megtalálhatók ezek a molekulák, akkor valószínűleg alacsony a koncentrációjuk a légkörben.

Az exobolygó légkörében található kémiai összetevők ilyen teljes listájának birtokában a különböző elemek egymáshoz viszonyított mennyiségei is megkaphatók, például a szén/oxigén vagy a kálium/oxigén arányai. Ezekből az adatokból a bolygó (vagy akár környező más bolygók) kialakulásának körülményeit ismerhetjük meg jobban. Kémai készlete alapján a végül hatalmas WASP-39 b kisebb testek, úgynevezett planetezimálok ütközései és összeolvadásai nyomán keletkezett. A kén hidrogénhez viszonyított gyakorisága alapján feltételezhető, hogy az exobolygó jelentős mennyiségű olyan planetezimált akkretált, amik ként szállítottak a légkörébe. Az adatok alapján az oxigén is gyakoribb eleme a légkörnek, mint a szén, ami azt sugallja, hogy a WASP-39 b eredetileg a csillagától távol keletkezhetett.

Az exobolygó légkörének ilyen precíz felmérésével a James Webb-űrteleszkóp még túl is teljesítette a kutatók elvárásait. Olyan módon láthatunk bele az exobolygók légköreibe, amire még nem volt lehetőségünk korábban. Laura Flagg, a nemzetközi kutatócsoport egyik tagjának elmondása szerint hihetetlenül izgalmas tudni, hogy minden, amit eddig tudtunk az exobolygókról, újraértelmeződik majd. Ez az egyik legjobb része a kutatói létnek.

Forrás: Webb Space Telescope