Astronomowie po raz pierwszy tak wyraźnie uchwycili planetę pozasłoneczną w trakcie aktywnej utraty atmosfery. Dzięki nowym obserwacjom prowadzonym za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba możliwe było bezpośrednie śledzenie tego procesu w czasie rzeczywistym. Wyniki te otwierają wyjątkowe okno na długofalową ewolucję planet i pokazują, jak dynamiczne mogą być losy światów krążących wokół odległych gwiazd.
Obiektem badań jest WASP-107b – odległy gazowy olbrzym zaliczany do rzadkiej klasy tzw. planet „super-rozdętych” (ang. super-puff planets). Planety te mają promień niemal tak duży jak Jowisz, lecz zaledwie ułamek jego masy. Skutkuje to ekstremalnie niską gęstością i bardzo słabą grawitacją, przez co atmosfera takiej planety jest wyjątkowo podatna na ucieczkę w przestrzeń kosmiczną.
WASP-107b krąży niezwykle blisko swojej gwiazdy – około siedem razy bliżej, niż Merkury krąży wokół Słońca. W takiej odległości planeta jest bombardowana intensywnym promieniowaniem swojej gwiazdy macierzystej, które silnie nagrzewa jej górne warstwy atmosfery. Gaz uzyskuje wówczas energię wystarczającą do przezwyciężenia słabego przyciągania grawitacyjnego planety i stopniowo uchodzi w przestrzeń międzyplanetarną. W dłuższej skali czasowej proces ten może całkowicie przeobrazić planetę, prowadząc nawet do utraty jej grubych, zewnętrznych warstw gazowych.
Za pomocą precyzyjnych instrumentów Webba naukowcy zaobserwowali hel wypływający z atmosfery WASP-107b i tworzący olbrzymią chmurę sięgającą na odległość niemal dziesięciokrotnie większą od promienia planety. Co szczególnie zaskakujące, ulatniający się gaz nie pozostaje w tyle za planetą, lecz wyprzedza ją na orbicie, formując swoistą „czołową otoczkę”. W efekcie chmura helu przechodzi na tle gwiazdy około 1,5 godziny przed rozpoczęciem właściwego tranzytu planety. Zjawisko to, określane jako przedtranzytowa absorpcja helu, powoduje subtelne osłabienie blasku gwiazdy jeszcze zanim planeta pojawi się na jej tarczy.
Detekcji dokonano za pomocą instrumentu NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph), który zarejestrował charakterystyczny sygnał widmowy helu w podczerwieni. Choć wcześniej pośrednio wnioskowano o ucieczce atmosfery na innych egzoplanetach, to właśnie te obserwacje stanowią dotychczas najbardziej szczegółowy i jednoznaczny, bezpośredni zapis tego procesu. Badacze określają je jako najmocniejszy jak dotąd dowód na ucieczkę helu zachodzącą jeszcze przed tranzytem planety.
Webb dostarczył również nowych informacji o chemii atmosfery WASP-107b. W górnych warstwach wykryto parę wodną, natomiast nie stwierdzono obecności metanu. Tak nietypowa kombinacja wskazuje na silne mieszanie pionowe w atmosferze, które transportuje gorętszy, ubogi w metan gaz z głębszych warstw ku górze. Skład chemiczny, w połączeniu z ekstremalną utratą atmosfery, sugeruje burzliwą i niestabilną historię ewolucyjną tej planety.
Modele teoretyczne wskazują, że WASP-107b najprawdopodobniej nie uformowała się na swojej obecnej, ciasnej orbicie. Prawdopodobnie planeta powstała dalej od gwiazdy, a następnie migrowała do wnętrza układu. Po zbliżeniu się do gwiazdy intensywne ogrzewanie rozpoczęło proces erozji jej zewnętrznej atmosfery. Istotną rolę w tej migracji mógł odegrać drugi obiekt w układzie – planeta WASP-107c, krążąca znacznie dalej.
Dodatkowym potwierdzeniem tego scenariusza jest podwyższona zawartość tlenu w atmosferze WASP-107b, wyższa niż oczekiwano dla planety formującej się tak blisko swojej gwiazdy. Wszystkie te dane składają się na obraz świata, który od momentu powstania przeszedł dramatyczną transformację.
Obserwowanie planety w trakcie faktycznej utraty atmosfery to niezwykle rzadka okazja do bezpośredniego badania procesów kształtujących losy planet w skali miliardów lat. W skrajnych przypadkach mogą one doprowadzić do pozostawienia jedynie gęstego, skalistego lub lodowego jądra.
Wyniki badań, opublikowane 1 grudnia w periodyku Nature Astronomy, po raz kolejny dowodzą, jak potężnym narzędziem stał się Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – pozwalając nie tylko „zobaczyć” odległe światy, ale także śledzić ich aktywne, trwające na naszych oczach przemiany.
Źródło: Nature Astronomy