Podneptuny — małe, gazowe egzoplanety, których przedstawiciela nie ma w Układze Słonecznym – to najczęściej odkrywany typ planet krążących wokół innych gwiazd. Jednak pomimo ich powszechności, wciąż są one owiane tajemnicą, często dosłownie ukryte pod warstwami mgieł lub chmur. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zmienia ten stan rzeczy, oferując bezprecedensowy wgląd w te nieuchwytne światy, szczególnie poprzez najnowsze obserwacje egzoplanety TOI-421 b.
Istnienie podneptunów zaskoczyło astronomów, gdy zostały po raz pierwszy odkryte za pomocą Kosmicznego Teleskopu Keplera. Chociaż są one kilkukrotnie większe od Ziemi, są znacznie mniejsze od gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz, a ich stosunkowo niskie temperatury skutecznie utrudniały ich badania. Aż do teraz.
Dotychczas astronomowie wiedzieli, że większość podneptunów charakteryzuje się płaskimi widmami transmisyjnymi, tj. podczas tranzytów na tle swoich gwiazd macierzystych, ich sygnatury atmosferyczne były całkowicie przed nami ukryte. W przypadku wielu podneptunów zamiast wyraźnych linii widmowych obserwowano brak cech charakterystycznych, co mogło wskazywać na obecność chmur lub mgieł w atmosferze planety.
TOI-421 b stanowi jednak wyjątek. Naukowcy wybrali go specjalnie, ponieważ wcześniejsze dane sugerowały, że planeta ta może charakteryzować się temperaturą wyższą od innych planet tego typu. Co więcej, temperatura ta miała przekraczać próg 580 stopni Celsjusza, a poniżej tego progu interakcje między światłem słonecznym a metanem mogą prowadzić do złożonych reakcji fotochemicznych, które generują mgłę. W wyższych temperaturach metan staje się niestabilny i znika, a więc istnieje szansa, że planeta nie jest skryta za mgłami, a naukowcy mogą dostrzec cechy charakterystyczne jej atmosfery.
Przy szacowanej temperaturze 730 stopni Celsjusza egzoplaneta TOI-421 b znacząco przekracza to ograniczenie. Obserwacje przeprowadzone za pomocą Webba potwierdziły oczekiwania, ujawniając wyraźne widmo atmosferyczne wolne od mgły.
W atmosferze planety naukowcy wykryli parę wodną oraz możliwe ślady tlenku węgla i dwutlenku siarki. Metanu ani dwutlenku węgla nie znaleziono.
Jednym z najbardziej zaskakujących odkryć była obecność dużej ilości wodoru w atmosferze. Astronomowie przewidywali gęstszy skład na podstawie wcześniejszych obserwacji chłodniejszych podneptunów, ale TOI-421 b przeczy tym oczekiwaniom. Jego lekka, zdominowana przez wodór otoczka sugeruje inną ścieżkę formowania i ewolucji niż jej chłodniejszych odpowiedników.
To odkrycie jest jeszcze bardziej intrygujące, ponieważ skład atmosfery TOI-421 b ściśle odzwierciedla skład jej gwiazdy macierzystej. To podobieństwo sugeruje, że planeta mogła powstać bezpośrednio z tego samego materiału co jej gwiazda.
TOI-421 b wyróżnia się również tym, że krąży wokół gwiazdy podobnej do Słońca, w przeciwieństwie do większości dotychczas obserwowanych podneptunów, które zwykle odkrywa się w otoczeniu mniejszych i chłodniejszych czerwonych karłów. Naukowcy zastanawiają się teraz, czy TOI-421 b reprezentuje szerszą klasę gorących podneptunów krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca, czy też jest wyjątkiem w już i tak zróżnicowanej kategorii planet.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, astronomowie planują zbadać więcej gorących podneptunów. Dzięki Webbowi umożliwiającemu wyraźniejsze obserwacje egzoplanet o wysokiej temperaturze naukowcy mają nadzieję przyspieszyć proces poszerzania naszej wiedzy o tej rozległej grupie egzoplanet krążących wokół gwiazd innych niż Słońce.
Źródło: 1