Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) po raz kolejny zrewolucjonizował nasze spojrzenie na egzoplanety. Tym razem dostarczył niezwykle szczegółowych danych na temat atmosfery młodej planety spoza Układu Słonecznego – V1298 Tau b. Obserwacje ujawniają nietypowe właściwości tej planety i rzucają nowe światło na to, jak mogą wyglądać wczesne etapy rozwoju światów typu podneptun.
Wspieraj Puls Kosmosu na Patronite.pl
V1298 Tau b to tzw. proto-podneptun – młoda wersja planet podobnych do Neptuna, które często występują w innych układach planetarnych. Ma zaledwie 10–30 milionów lat, co czyni ją wyjątkowo młodą jak na standardy astronomiczne. Dzięki temu stanowi doskonały obiekt do badań nad ewolucją atmosfer planetarnych tuż po ich powstaniu.
Najbardziej uderzającą cechą V1298 Tau b jest jej wyjątkowo przejrzysta i rozdęta atmosfera. Dzięki wysokiej czułości instrumentów podczerwonych JWST astronomowie zarejestrowali bogate widmo cząsteczek: pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenku węgla, a także metanu. Wskazano również na możliwą obecność bardziej złożonych cząsteczek pochodzenia fotochemicznego, takich jak dwutlenek siarki (SO₂) i siarczek karbonylu (OCS).
Zaskakująco, mimo złożonego składu chemicznego, atmosfera planety zawiera bardzo niewiele tzw. metali (czyli pierwiastków cięższych od wodoru i helu) – aż 100 razy mniej niż w przypadku starszych planet typu podneptun. To rzadka cecha, sugerująca, że atmosfera wciąż ulega intensywnym przemianom i nie osiągnęła jeszcze dojrzałej formy. Dodatkowo, poziomy metanu okazały się znacznie niższe, niż przewidywały modele teoretyczne. Naukowcy przypisują to silnemu ciepłu wewnętrznemu planety oraz intensywnemu mieszaniu warstw atmosfery w pionie.
Właśnie wysoka temperatura wnętrza V1298 Tau b stanowi kolejną zagadkę. Biorąc pod uwagę jej młody wiek i rozmiar, planeta wydaje się znacznie cieplejsza, niż wynikałoby to z dotychczasowych modeli ewolucji termicznej. Jedną z hipotez jest obecność gradientów metaliczności – czyli zmian w zawartości pierwiastków ciężkich na różnych głębokościach atmosfery. Zjawisko to znane jest również z wnętrz gazowych olbrzymów w Układzie Słonecznym i mogłoby tłumaczyć obserwowaną rozbieżność między wysoką temperaturą a niską zawartością metali.
Odkrycie to ma daleko idące konsekwencje dla badań nad formowaniem i ewolucją planet. Sugeruje, że młode światy typu podneptun mogą znacznie różnić się od ich starszych odpowiedników – nie tylko pod względem składu chemicznego, ale także procesów cieplnych zachodzących we wnętrzu. To z kolei może oznaczać, że atmosfery tych planet dynamicznie zmieniają się w czasie.
Dzięki JWST naukowcy mogą śledzić te zmiany z niespotykaną dotąd precyzją. Wcześniejsze obserwacje teleskopu Hubble’a sugerowały obecność pary wodnej na V1298 Tau b, jednak dopiero JWST pozwolił zidentyfikować szersze spektrum cząsteczek i dostrzec znacznie subtelniejsze różnice w składzie atmosfery.
Na podstawie tego sukcesu, zespół badaczy rozpoczął szerszy program w ramach trzeciego cyklu obserwacyjnego JWST. Obejmuje on siedem kolejnych młodych egzoplanet tranzytujących, w wieku od 20 do 200 milionów lat. Naukowcy mają nadzieję, że to rozszerzone badanie pozwoli stworzyć spójną teorię dotyczącą zmian atmosferycznych i termicznych zachodzących w planetach podneptunowych na różnych etapach ich ewolucji.