Första aktiva kemin på en exoplanet avslöjad av Webb-teleskopet

Exoplaneten WASP-39b (konstnärens intryck) liknar Saturnus till sin sammansättning.Kredit: Science Photo Library/Alamy

James Webb Space Telescope (JWST) har producerat den mest detaljerade informationen någonsin om en exoplanet, vilket gör den till den värld vi vet mest om efter de åtta stora planeterna i vårt solsystem. Observationer av planeten, som kallas WASP-39b, avslöjar fläckiga moln, en spännande kemisk reaktion i dess atmosfär, och ger tips om dess bildande.

“Vi har studerat många planeter tidigare”, säger Laura Kreidberg, chef för Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) i Heidelberg, Tyskland, och en del av observationsteamet, som publicerade fem artiklar.1,2,3,4,5 om sina observationer på arXiv preprint-server den 22 november. “Men vi har aldrig sett en sådan datauppsättning.”

WASP-39b är en “het Jupiter” belägen 215 parsecs (700 ljusår) från jorden. Gasjätten är ungefär en tredjedel av Jupiters massa och mer lik Saturnus till sin sammansättning. Den kretsar runt sin värdstjärna på bara fyra jorddagar och är åtta gånger närmare den än Merkurius är vår sol, vilket gör den otroligt varm med nästan 900 grader Celsius. Denna närhet och dess därav följande ljusstyrka gör planeten ogästvänlig för livet som vi känner den, men gjorde den till det “perfekta målet” för JWST att observera tidigt i sitt liv och testa dess exoplanetkapacitet, säger Kreidberg.

JWST, som lanserades i december 2021, observerade planeten i mer än 40 timmar i juli. De första resultaten visade på koldioxid i planetens atmosfär, första gången gasen sågs på en exoplanet.

Överraskande kemi

Med hjälp av tre av sina instrument kunde JWST observera ljus från planetens stjärna när den filtrerade genom WASP-39bs atmosfär, en process som kallas transmissionsspektroskopi. Detta gjorde att ett team på mer än 300 astronomer kunde upptäcka vatten, kolmonoxid, natrium, kalium och mer i planetens atmosfär, förutom koldioxiden. Planeten ger en sammansättning som liknar Saturnus, även om den inte har några detekterbara ringar.

Teamet blev också förvånat över att upptäcka svaveldioxid, som hade dykt upp som en mystisk bula i tidiga observationsdata. Dess närvaro tyder på att en fotokemisk reaktion äger rum i atmosfären när ljus från stjärnan träffar den, liknande hur vår sol producerar ozon i jordens atmosfär. I WASP-39bs fall delar ljus från dess stjärna, något mindre än solen, vatten i atmosfären till väte och hydroxid, som reagerar med vätesulfid för att producera svaveldioxid.

“Fotokemi, eftersom det är en så viktig process här på jorden, är förmodligen en viktig process på andra potentiellt beboeliga planeter”, säger Jacob Bean, en astronom vid University of Chicago i Illinois och observationsteamets medledare. Fram till nu har vi bara kunnat testa vår förståelse av fotokemi i vårt solsystem. Men planeter runt andra stjärnor ger oss tillgång till helt andra fysiska förutsättningar.

Planetarisk migration

Resultaten visade också ett relativt lågt förhållande mellan kol och syre på planeten. Detta tyder på att WASP-39b tidigare absorberade en stor mängd vatten som is, förmodligen när den var i en annan position, och antyder att den bildades mycket längre ut i sitt solsystem, kanske jämförbar med “där Jupiter är” runt vår sol, säger Eva-Maria Ahrer, astronom vid University of Warwick, Storbritannien, och huvudförfattare på en av tidningarna.

Sådan migration av heta Jupiters förväntas förklara deras närhet till sina stjärnor. Det som förblir oklart är om detta är en långsam process över kanske tiotals miljoner år, eller en snabbare process som är ett resultat av en gravitationell “knuff” från en annan planet eller stjärna. Att känna till WASP-39bs sammansättning kan hjälpa astronomer att avgöra vilket scenario som inträffade.

Observationerna visar också att planeten – som är tidvattenlåst till sin stjärna, så samma ansikte pekar alltid mot den på grund av den enorma gravitationsattraktionen – har ofullständigt molntäcke, något astronomer aldrig tidigare har observerat på en exoplanet. På gränsen mellan natt och dag är planeten “bara till cirka 60 % täckt av moln”, säger Bean, kanske orsakat av moln som avdunstar när de når den varmare dagsidan och kondenserar när de når den kallare natten.

Benchmark planet

JWST observerar cirka 70 exoplaneter under sitt första vetenskapsår, som började i juli och kommer att pågå till nästa juni. WASP-39b ger ett “riktmärke” för dessa studier, säger Bean. Det inkluderar planeter i TRAPPIST-1-systemet, där en liten röd dvärgstjärna kretsar runt av sju världar i jordstorlek, av vilka några skulle kunna avslöjas för att vara potentiellt beboeliga genom spektroskopiöverföring.

I december kommer teleskopet under tiden att se en planet som heter WASP-43b fullborda en hel bana runt sin stjärna, som varar en jorddag, och avslöjar oöverträffade detaljer i planetens klimat och kemi. “Vi tror att den här planeten kan ha mycket tjocka moln på sin nattsida”, säger Kreidberg. Vi hoppas kunna avgöra vad molnen är gjorda av. Det kommer att bli riktigt spektakulärt.”

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *