Najnowsze badania przeprowadzone przez międzynarodowy zespół astronomów wykorzystujący dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i skupiające się na K2-18 b, egzoplanecie o masie 8,6 razy większej od Ziemi, pozwoliły naukowcom dostrzec zawartość w atmosferze związków chemicznych zawierających węgiel, w tym także metanu i dwutlenku węgla. Odkrycie stanowi uzupełnienie ostatnich badań sugerujących, że K2-18 b może być egzoplanetą hyceańską, która może posiadać atmosferę bogatą w wodór i powierzchnię pokrytą oceanem.
Pierwsze szczegółowe obserwacje tej planety prowadzono już wcześniej za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Wyniki tych obserwacji oraz fakt, że znajduje się ona w ekosferze swojej gwiazdy, sprawiły, że naukowcy postanowili przyjrzeć się jej dokładniej za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
K2-18 b okrąża chłodnego karła K2-18 leżącego 120 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Lwa. Egzoplanety takie jak K2-18 b, których rozmiary mieszczą się w zakresie między masą Ziemi i Neptuna, nie mają swojego odpowiednika w naszym Układzie Słonecznym. Ten brak sprawia, że podneptuny są stosunkowo słabo znane, a tym samym natura ich atmosfer jest dla nas jak na razie jedną wielką zagadką.
Sugestia, że podneptun K2-18 b może być egzoplanetą hyceańską, jest intrygująca, ponieważ część astronomów uważa, że są to wprost idealne obiekty dla poszukiwaczy życia pozaziemskiego.
Jak wskazuje Nikku Madhusudhan z Uniwersytetu w Cambridge, główny autor opracowania:
Tradycyjnie poszukiwania życia na egzoplanetach skupiały się głównie na mniejszych planetach skalistych, ale większe światy hyceańskie znacznie lepiej sprzyjają obserwacjom atmosfery.
Obfitość metanu i dwutlenku węgla oraz niedobór amoniaku potwierdzają hipotezę, że pod atmosferą bogatą w wodór na K2-18 b może znajdować się ocean. Te wstępne obserwacje Webba umożliwiły również wykrycie cząsteczki zwanej siarczkiem dimetylu (DMS). Na Ziemi związek ten wytwarzany jest wyłącznie przez życie. Większość DMS w atmosferze ziemskiej jest emitowana przez fitoplankton w środowiskach morskich.
Nadchodzące obserwacje Webba powinny potwierdzić, czy DMS rzeczywiście występuje w atmosferze K2-18 b w znaczących ilościach.
Choć K2-18 b leży w strefie zamieszkiwalnej (ekosferze) i obecnie wiadomo, że zawiera związki chemiczne zawierające węgiel, nie musi to koniecznie oznaczać, że na planecie może istnieć życie. Duży rozmiar planety – jej promień jest 2,6 razy większy od promienia Ziemi – oznacza, że wnętrze planety prawdopodobnie zawiera duży płaszcz z lodu pod wysokim ciśnieniem, podobnie jak Neptun, ale z cieńszą, bogatą w wodór atmosferą i powierzchnią oceanu. Przewiduje się, że na światach hyceańskich znajdują się oceany wody. Możliwe jest również, że ocean ten jest zbyt gorący, aby nadawał się do zamieszkania.
„Chociaż tego rodzaju planety nie istnieją w naszym Układzie Słonecznym, podneptuny są najpopularniejszym typem planet znanym dotychczas w galaktyce” – wyjaśnia członek zespołu Subhajit Sarkar z Uniwersytetu w Cardiff. „Uzyskaliśmy jak dotąd najbardziej szczegółowe widmo podneptuna znajdującego się w strefie zamieszkiwalnej, co pozwoliło nam ustalić związki chemiczne występujące w jego atmosferze”.
Charakteryzowanie atmosfer egzoplanet takich jak K2-18 b – czyli identyfikacja występujących w nich gazów i warunków fizycznych – jest bardzo aktywnym obszarem astronomii. Jednak planety te zazwyczaj są przyćmione – dosłownie – blaskiem ich znacznie większych gwiazd macierzystych, 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 jasności jej gwiazdy, gdy przechodzi ona na tle tarczy tejże gwiazdy macierzystej. Oznacza to, że podczas tranzytów niewielka część światła gwiazdy przechodzi przez atmosferę egzoplanety, zanim dotrze do teleskopów takich jak Webb. Światło gwiazd przechodzące przez atmosferę egzoplanety pozostawia w widmie ślady, które astronomowie mogą połączyć w celu określenia zawartości gazów w atmosferze egzoplanety.
Osiągnięcie tego wyniku było możliwe wyłącznie dzięki rozszerzonemu zakresowi długości fal i niespotykanej czułości Webba, która umożliwiła niezawodne wykrywanie cech widmowych przy zaledwie dwóch tranzytach. Dla porównania jedna obserwacja tranzytu za pomocą Webba zapewniła porównywalną precyzję z ośmioma obserwacjami za pomocą Hubble’a prowadzonymi przez kilka lat i w stosunkowo wąskim zakresie długości fal.
– dodaje Madhusudhan.
Zespół zamierza teraz prowadzić dalsze badania za pomocą spektrografu instrumentu średniej podczerwieni (MIRI), które, jak mają nadzieję, potwierdzą nowe ustalenia i dostarczą kolejnych informacji na temat warunków środowiskowych na K2-18 b. Ostatecznym celem badaczy jest identyfikacja życia na nadającej się do zamieszkania egzoplanecie. Jeżeli kiedyś w końcu astronomowie do tego naprowadzą, postrzeganie naszego miejsca we wszechświecie fundamentalnie się zmieni. Miejmy nadzieję, że na dobre.
Źródło: 1