Międzynarodowy zespół naukowców, pod przewodnictwem badaczy z Uniwersytetu Oksfordzkiego, ogłosił odkrycie zupełnie nowej klasy egzoplanet. To światy, które nie są ani typowymi skalistymi globami, ani gazowymi olbrzymami, lecz gigantycznymi rezerwuarami siarki, skrywającymi pod gęstą atmosferą wieczny, globalny ocean płynnej magmy. Odkrycie to, opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma Nature Astronomy, całkowicie zmienia sposób, w jaki astronomowie klasyfikują planety krążące wokół odległych gwiazd.
Do tej pory astronomowie badający niewielkie planety poza Układem Słonecznym zazwyczaj przypisywali je do jednej z dwóch kategorii. Pierwszą z nich były planety skaliste, tzw. „gazowe karły” z atmosferami zdominowanymi przez wodór. Drugą stanowiły światy bogate w wodę, pokryte głębokimi oceanami i grubymi warstwami lodu. Jednak egzoplaneta oznaczona symbolem L 98-59 d, krążąca wokół czerwonego karła oddalonego od Ziemi o około 35 lat świetlnych, wymyka się tym definicjom.
Analiza danych zebranych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) oraz obserwatoria naziemne wykazała, że planeta ta posiada zaskakująco niską gęstość w stosunku do swojej wielkości (jest około 1,6 raza większa od Ziemi). Co jednak najbardziej intrygujące, jej atmosfera jest nasycona związkami siarki. Według badaczy L 98-59 d jest pierwszym rozpoznanym przedstawicielem nowej populacji „siarkowych światów”, które mogą być znacznie powszechniejsze w Drodze Mlecznej, niż wcześniej przypuszczano.
Ocean magmy o głębokości tysięcy kilometrów
Kluczem do zrozumienia natury tej planety okazały się zaawansowane symulacje komputerowe przeprowadzone przez naukowców z Oksfordu, Groningen, Leeds oraz ETH Zurich. Badacze zrekonstruowali historię L 98-59 d, cofając się o niemal pięć miliardów lat – od momentu jej narodzin aż do czasów współczesnych. Łącząc bezpośrednie obserwacje teleskopowe z modelami fizycznymi wnętrz planetarnych, naukowcy odkryli fascynującą strukturę tego świata.
Płaszcz L 98-59 d prawdopodobnie składa się ze stopionych krzemianów, przypominających ziemską lawę, tworząc globalny ocean magmy rozciągający się na głębokość tysięcy kilometrów. Ten gigantyczny, płynny rezerwuar pełni niezwykle istotną funkcję: pozwala planecie na przechowywanie ogromnych ilości siarki głęboko w jej wnętrzu przez miliardy lat. To właśnie interakcje chemiczne między tym oceanem a atmosferą kształtują to, co dzisiaj widzimy przez obiektywy najnowocześniejszych teleskopów.
Atmosfera o zapachu zgniłych jaj
Obserwacje przeprowadzone przez JWST w 2024 roku wykazały obecność dwutlenku siarki oraz innych gazów siarkowych w górnych warstwach atmosfery L 98-59 d. Modele opracowane przez zespół dr. Harrisona Nichollsa z Uniwersytetu Oksfordzkiego sugerują, że gazy te powstają w wyniku reakcji fotochemicznych wyzwalanych przez promieniowanie ultrafioletowe pochodzące od macierzystej gwiazdy.
Jednak to nie dwutlenek siarki jest najbardziej charakterystycznym elementem tej atmosfery. Dominującą rolę odgrywa tu siarkowodór (H2S) – związek odpowiedzialny za charakterystyczny, nieprzyjemny zapach zgniłych jaj. W normalnych warunkach tak gęsta, bogata w wodór i siarkę atmosfera powinna zostać „zdmuchnięta” w przestrzeń kosmiczną przez intensywne promieniowanie rentgenowskie czerwonego karła. Fakt, że planeta wciąż ją posiada, wynika bezpośrednio z istnienia oceanu magmy, który działa jak potężny bufor, stale uwalniając uwięzione w głębi gazy i uzupełniając ubytki w atmosferze.
Ewolucja i lekcja dla Ziemi
Naukowcy sugerują, że L 98-59 d w przeszłości mogła wyglądać zupełnie inaczej. Prawdopodobnie powstała z ogromną ilością materiałów lotnych i przypominała mniejszą wersję Neptuna. Z biegiem miliardów lat planeta stopniowo się kurczyła, tracąc część swojej otoczki gazowej i ochładzając się, aż osiągnęła obecny stan.
Choć L 98-59 d ze swoim piekielnym krajobrazem i toksyczną atmosferą niemal na pewno nie nadaje się do zamieszkania, jej badanie ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia historii naszego własnego układu. Oceany magmy stanowią uniwersalny, początkowy etap ewolucji wszystkich planet skalistych, w tym Ziemi i Marsa. Analiza fizyki tych procesów na przykładzie odległych egzoplanet pozwala nam lepiej zrozumieć pierwotną historię naszego świata oraz mechanizmy, które doprowadziły do powstania stabilnych warunków sprzyjających życiu.
Co przyniesie przyszłość?
Odkrycie to jest dopiero początkiem wielkiej misji mapowania różnorodności światów poza Układem Słonecznym. Profesor Raymond Pierrehumbert z Oksfordu podkreśla, że dzięki modelom komputerowym i danym z JWST możemy zajrzeć do wnętrza planet, których nigdy osobiście nie odwiedzimy. To pokazuje, że nasza zdolność do rekonstruowania przeszłości obcych światów osiągnęła bezprecedensowy poziom.
W najbliższych latach astronomowie spodziewają się napływu jeszcze większej ilości danych dzięki nadchodzącym misjom, takim jak Ariel i PLATO. Zespół badawczy zamierza wykorzystać algorytmy uczenia maszynowego, aby na podstawie nowych pomiarów identyfikować kolejne planety z tej nowej, fascynującej klasy. Jak zauważa dr Richard Chatterjee, dalsze badania mogą wykazać, że „siarkowe światy” o dość specyficznym zapachu są w kosmosie zaskakująco powszechne, a granica między planetą skalistą a gazową jest znacznie bardziej płynna, niż dotąd sądziliśmy.
Źródło: Nature Astronomy