Kosmiczny Teleskop Webba wykrył główne cząsteczki na egzoplanecie K2-18b

Dane sugerują egzoplanetę z możliwą ciekłą powierzchnią oceanu

W atmosferze strefy mieszkalnej wykryto cząsteczki zawierające węgiel Egzoplaneta K2-18 b przez międzynarodowy zespół astronomów korzystający z danych z NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Wyniki te są zgodne z istnieniem egzoplanety, której powierzchnia może być pokryta oceanami w atmosferze bogatej w wodór. Odkrycie zapewnia fascynujący wgląd w planetę niepodobną do niczego w naszym Układzie Słonecznym i stwarza intrygujące perspektywy dotyczące potencjalnie nadających się do zamieszkania światów w innych częściach Wszechświata.

Widma K2-18 b uzyskane za pomocą instrumentu Webba NIRISS (near-infrared imager and non-slit spectrograph) i NIRSpec (near-infrared spectrograph) pokazują obfitość metanu i dwutlenku węgla w atmosferze egzoplanety, a także… Możliwe odkrycie egzoplanety. Cząsteczka zwana siarczkiem dimetylu (DMS). Wykrycie niedoboru metanu, dwutlenku węgla i amoniaku potwierdza hipotezę, że w atmosferze bogatej w wodór w atmosferze bogatej w wodór w K2-18 b może istnieć ocean wodny. K2-18 b, o masie 8,6 masy Ziemi, krąży wokół chłodnego karła K2-18 w strefie zamieszkiwalnej i znajduje się 120 lat świetlnych od Ziemi. Zdjęcia: NASA, ESA, Kanadyjska Agencja Kosmiczna, Ralph Crawford (STScI), Joseph Olmstead (STScI), Niko Madhusudan (IoA)

Webb wykrywa metan i dwutlenek węgla w atmosferze K2-18b

Nowe badanie przeprowadzone przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dotyczące K2-18 b, egzoplanety o masie 8,6 masy Ziemi, ujawniło obecność cząsteczek zawierających węgiel, w tym metanu i dwutlenku węgla. Odkrycie Webba stanowi uzupełnienie ostatnich badań sugerujących, że K2-18 b może być egzoplanetą, która może posiadać atmosferę bogatą w wodór i powierzchnię pokrytą oceanem wodnym.

Pierwszy wgląd w właściwości atmosfery tej planety w strefie zamieszkiwalnej przyniósł obserwacje należące do NASA za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, co skłoniło do dalszych badań, które od tego czasu zmieniły nasze rozumienie układu.

K2-18 b okrąża chłodnego karła K2-18 w ekosferze i znajduje się 120 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Lwa. Egzoplanety, takie jak K2-18 b, których rozmiary wahają się od Ziemi do… NeptunNie przypomina niczego w naszym Układzie Słonecznym. Ten brak odpowiedników pobliskich planet oznacza, że ​​te „planety pod Neptunem” nie są dobrze poznane, a natura ich atmosfer jest przedmiotem aktywnej debaty wśród astronomów.

Implikacje dla życia pozasłonecznego

Sugestia, że ​​planeta K2-18 b pod Neptunem może być egzoplanetą, jest intrygująca, ponieważ niektórzy astronomowie uważają, że te światy są obiecującym środowiskiem do poszukiwania dowodów na życie na egzoplanetach.

„Nasze odkrycia podkreślają znaczenie uwzględnienia różnorodnych środowisk mieszkalnych podczas poszukiwania życia gdzie indziej” – wyjaśnił Nico Madhusudan, astronom z Uniwersytetu w Cambridge i główny autor artykułu ogłaszającego odkrycie. „Tradycyjnie poszukiwania życia na egzoplanetach skupiały się głównie na mniejszych, skalistych planetach, ale do obserwacji atmosfery bardziej nadają się większe światy Hesji”.

Obfitość metanu i dwutlenku węgla oraz brak amoniaku potwierdzają hipotezę, że w atmosferze bogatej w wodór w K2-18 b może istnieć ocean wodny. Te wstępne obserwacje Webba dostarczyły również potencjalnego odkrycia cząsteczki zwanej siarczkiem dimetylu (DMS). Na Ziemi jest to wytwarzane wyłącznie przez życie. Większość DMS w atmosferze ziemskiej jest emitowana przez fitoplankton w środowiskach morskich.

Wnioski DMS są mniej solidne i wymagają dalszej walidacji.

„Nadchodzące obserwacje Webba powinny potwierdzić, czy DMS rzeczywiście występuje w atmosferze K2-18 b w znaczących ilościach” – wyjaśnił Madhusudan.

Charakterystyka atmosfer egzoplanet

Chociaż K2-18 b znajduje się w strefie zamieszkiwalnej i obecnie wiadomo, że zawierają cząsteczki zawierające węgiel, nie musi to koniecznie oznaczać, że na planecie może istnieć życie. Duży rozmiar planety – jej promień jest 2,6 razy większy od Ziemi – oznacza, że ​​wnętrze planety prawdopodobnie zawiera duży płaszcz z lodu pod wysokim ciśnieniem, podobnie jak Neptuna, ale z cieńszą, bogatą w wodór atmosferą i powierzchnią oceaniczną. Oczekuje się, że światy Hesji będą zawierać oceany wody. Jednak możliwe jest również, że ocean jest zbyt gorący, aby nadawał się do zamieszkania lub był płynny.

„Chociaż tego typu planety nie istnieją w naszym Układzie Słonecznym, planety subneptunowe są najpopularniejszym typem planet znanych dotychczas w galaktyce” – wyjaśnia członek zespołu Subhajit Sarkar z Uniwersytetu w Cardiff. „Uzyskaliśmy jak dotąd najbardziej szczegółowe widmo nadającej się do zamieszkania podstrefy Neptuna, co pozwoliło nam zidentyfikować cząsteczki w jego atmosferze”.

Charakteryzowanie atmosfer egzoplanet takich jak K2-18 b – co oznacza określenie występujących w nich gazów i warunków fizycznych – jest bardzo aktywną dziedziną astronomii. Jednakże planety te są dosłownie przyćmione blaskiem ich większych gwiazd, co sprawia, że ​​badanie atmosfer egzoplanet jest szczególnie trudne.

Zespół uniknął tego wyzwania, analizując światło gwiazdy macierzystej K2-18 b przechodzącej przez atmosferę egzoplanety. K2-18 b jest egzoplanetą tranzytową, co oznacza, że ​​możemy wykryć spadek jej jasności, gdy przechodzi ona przez twarz swojej gwiazdy macierzystej. W ten sposób egzoplaneta została po raz pierwszy odkryta w 2015 roku przez należącą do NASA misję K2. Oznacza to, że podczas tranzytu niewielka część światła gwiazd przejdzie przez atmosferę egzoplanety, zanim dotrze do teleskopów takich jak Webb. Przejście światła gwiazd przez atmosferę egzoplanety pozostawia ślady, które astronomowie mogą połączyć, aby zidentyfikować gazy w atmosferze egzoplanety.

Możliwości Jamesa Webba i przyszłe badania

„Ten wynik był możliwy tylko dzięki rozszerzonemu zakresowi długości fal i niespotykanej czułości Webba, która umożliwiła niezawodne wykrywanie cech widmowych przy zaledwie dwóch przejściach” – powiedział Madhusudan. „Dla porównania jedna obserwacja tranzytu za pomocą Webba zapewniła rozdzielczość porównywalną z ośmioma obserwacjami Hubble’a wykonanymi na przestrzeni kilku lat i w stosunkowo wąskim zakresie długości fal”.

„Te wyniki są wynikiem zaledwie dwóch obserwacji K2-18 b, a jest ich więcej” – wyjaśnił członek zespołu Savvas Constantinou z Uniwersytetu w Cambridge. „Oznacza to, że nasza praca to jedynie wczesna demonstracja tego, co Webb może zaobserwować na egzoplanetach w strefie zamieszkiwalnej”.

Ustalenia zespołu zostały zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie The Listy do dzienników astrofizycznych.

Zespół zamierza teraz przeprowadzić dalsze badania przy użyciu spektrometru MIRI (instrument średniej podczerwieni) znajdującego się na teleskopie, co, jak ma nadzieję, jeszcze bardziej potwierdzi ich ustalenia i zapewni nowy wgląd w warunki środowiskowe na K2-18 b.

„Naszym ostatecznym celem jest identyfikacja życia na nadającej się do zamieszkania egzoplanecie, co zmieniłoby nasze rozumienie naszego miejsca we wszechświecie” – podsumował Madhusudan. „Nasze odkrycia stanowią obiecujący krok w kierunku głębszego zrozumienia światów Hesji w tym przedsięwzięciu”.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba należący do NASA jest najważniejszym na świecie obserwatorium nauk kosmicznych. Rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.