Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) dostarczył przełomowych danych na temat jednej z najbardziej ekstremalnych znanych egzoplanet — WASP-121b. Dzięki nowym obserwacjom astronomowie mogli po raz pierwszy zrekonstruować historię jej formowania oraz poznać szczegóły składu atmosfery tego ognistego gazowego olbrzyma.
Wspieraj Puls Kosmosu na Patronite.pl
WASP-121b to tzw. ultragorący Jowisz — planeta gazowa o masie zbliżonej do Jowisza, która orbituje wyjątkowo blisko swojej gwiazdy macierzystej. Pełen obieg wykonuje w zaledwie 30,5 godziny, a odległość od gwiazdy jest mniejsza niż dwukrotna średnica samej gwiazdy. Takie położenie prowadzi do ogromnych różnic temperatur między dzienną a nocną stroną planety. Strona zwrócona do gwiazdy osiąga ponad 3000°C, wystarczająco dużo, by odparować nawet najodporniejsze materiały, podczas gdy nocna strona ochładza się „zaledwie” do około 1500°C.
Zespół badawczy kierowany przez Thomasa Evansa-Somę i Cyrila Gappa wykorzystał spektrograf NIRSpec na pokładzie JWST do analizy atmosfery planety podczas całej jej orbity oraz tranzytu przez tarczę gwiazdy. Pozwoliło to uchwycić różnice termiczne między półkulami oraz wykryć kluczowe cząsteczki obecne w atmosferze — m.in. parę wodną, tlenek węgla, tlenek krzemu i metan.
Co ciekawe, metan — gaz zazwyczaj niestabilny w tak wysokich temperaturach — został wykryty wyłącznie po stronie nocnej. To odkrycie sugeruje obecność intensywnych prądów pionowych, które transportują metan z głębszych, chłodniejszych warstw atmosfery ku górze. Taki mechanizm, choć długo postulowany teoretycznie, rzadko był bezpośrednio obserwowany i stawia wyzwanie obecnym modelom klimatycznym gorących egzoplanet.
Wyniki wskazują także, że WASP-121b nie powstała tam, gdzie obecnie się znajduje. Chemiczny profil atmosfery — szczególnie obecność zarówno związków łatwo parujących, jak i ogniotrwałych — sugeruje, że planeta uformowała się w chłodniejszych rejonach swojego układu planetarnego, znacznie dalej od gwiazdy. W tamtych warunkach metan mógł występować w postaci gazowej, a lód wodny pozostawał zamrożony. Dla porównania, w Układzie Słonecznym podobne warunki panują między orbitami Jowisza a Urana.
Z czasem WASP-121b najprawdopodobniej migrowała do wnętrza układu, zbliżając się do swojej gwiazdy. W trakcie tej podróży planeta nadal przyciągała bogaty w węgiel gaz, podczas gdy tlen — zamknięty w lodzie — został w dużej mierze pominięty. To selektywne gromadzenie materiału tłumaczy, dlaczego stosunek węgla do tlenu w atmosferze planety jest wyższy niż w samej gwieździe macierzystej.
Dodatkowym wskaźnikiem tej migracyjnej historii jest obecność tlenku krzemu — związku powstałego prawdopodobnie ze skalistych ciał (tzw. planetozymali), które dołączyły do planety już po tym, jak zebrała większość swojej gazowej otoczki. Oznacza to, że atmosfera WASP-121b została wtórnie wzbogacona o pierwiastki stałe.
Zespół badawczy skorzystał także z tzw. spektroskopii tranzytowej — metody polegającej na analizie światła gwiazdy przefiltrowanego przez atmosferę planety podczas jej przejścia przed tarczą gwiazdy. Dzięki temu udało się potwierdzić obecność pary wodnej, tlenku węgla i tlenku krzemu. Metan natomiast nie został wykryty w tzw. strefie terminatora — granicy między stroną dzienną a nocną — co wzmacnia hipotezę, że jego obecność jest ograniczona do konkretnych warstw atmosfery po stronie nocnej i wymaga stałego transportu z głębi.
Odkrycia dokonane przez JWST rzucają nowe światło nie tylko na historię formowania się WASP-121b, ale również na ewolucję atmosfer planet pozasłonecznych. Pokazują, jak ważną rolę w kształtowaniu składu chemicznego odgrywa dynamika pionowa, a nie tylko globalne mieszanie czy promieniowanie gwiazdy. To wszystko zmusza naukowców do przemyślenia modeli klimatycznych dla planet krążących blisko swoich gwiazd.