Webbův teleskop detekoval klíčové molekuly na exoplanetě K2-18 b

Výtvarný koncept umělce ukazuje, jak by mohla vypadat exoplaneta K2-18 b na základě vědeckých dat. K2-18 b, exoplaneta 8,6krát hmotnější než Země, obíhá kolem chladné trpasličí hvězdy K2-18 v obyvatelné zóně a leží 120 světelných let od Země. Nový výzkum vesmírného dalekohledu NASA James Webb Space Telescope odhalil přítomnost molekul obsahujících uhlík včetně metanu a oxidu uhličitého. Množství metanu a oxidu uhličitého a nedostatek amoniaku podporují hypotézu, že pod atmosférou bohatou na vodík může být u K2-18 b vodní oceán.

Molekuly obsahující uhlík byly objeveny v atmosféře exoplanety K2-18 b obíhající v obyvatelné zóně hvězdy mezinárodním týmem astronomů pomocí dat z vesmírného teleskopu Jamese Webba. Tyto výsledky jsou v souladu s typem exoplanety, která může obsahovat oceánem pokrytý povrch pod atmosférou bohatou na vodík. Tento objev poskytuje fascinující pohled na planetu, která se nepodobá ničemu v naší Sluneční soustavě, ale přináší zajímavé vyhlídky na potenciálně obyvatelné světy jinde ve vesmíru.

První pohled na atmosférické vlastnosti této exoplanety v obyvatelné zóně pochází z pozorování Hubbleovým vesmírným teleskopem HST, která podnítila další studie, jež od té doby změnily naše chápání systému.

Exoplaneta K2-18 b obíhá kolem chladné trpasličí hvězdy K2-18 v obyvatelné zóně a její poloha se promítá do souhvězdí Lva. Exoplanety jako K2-18 b, které mají velikost mezi Zemí a Neptunem, se nepodobají ničemu ve Sluneční soustavě. Tento nedostatek ekvivalentních blízkých planet znamená, že tyto 'sub-Neptuny' jsou obtížně chápány a povaha jejich atmosfér je předmětem aktivní debaty mezi astronomy.

Popis k obrázku vpravo: Spektra K2-18 b, získaná pomocí Webbova přístroje NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) a NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) ukazují množství metanu a oxidu uhličitého v atmosféře exoplanety, stejně jako možnou detekci molekuly zvané dimethylsulfid (DMS). Detekce metanu a oxidu uhličitého a nedostatek amoniaku podporují hypotézu, že pod atmosférou bohatou na vodík u K2-18 b může být vodní oceán.

Návrh, že by sub-Neptun K2-18 b mohl být hyceánskou (složenina výrazů pro vodík a oceán) exoplanetou, je zajímavý, protože někteří astronomové věří, že tyto světy jsou slibným prostředím pro hledání důkazů života na exoplanetách. „Naše zjištění podtrhují důležitost zohlednění různých obyvatelných prostředí při hledání života jinde ve vesmíru,“ vysvětlil Nikku Madhusudhan, astronom z University of Cambridge a hlavní autor článku oznamujícího tyto výsledky. „Tradičně se hledání života na exoplanetách soustředilo především na menší kamenné planety, ale větší světy jsou podstatně příznivější pro pozorování atmosféry.“

Množství metanu a oxidu uhličitého a nedostatek amoniaku podporují hypotézu, že pod atmosférou bohatou na vodík u K2-18 b může být vodní oceán. Tato počáteční pozorování Webbova teleskopu také poskytla možnou detekci molekuly zvané dimethylsulfid (DMS). Na Zemi ji produkuje pouze život. Převážná část DMS v zemské atmosféře je emitována z fytoplanktonu v mořském prostředí. Odvození DMS je však méně výrazné a vyžaduje další ověření. „Nadcházející pozorování Webbova teleskopu by měla být schopna potvrdit, zda je DMS skutečně přítomen v atmosféře K2-18 b ve významném množství,“ vysvětlil Madhusudhan.

Přestože K2-18b leží v obyvatelné zóně a nyní je známo, že obsahuje molekuly nesoucí uhlík, nemusí to nutně znamenat, že planeta může podporovat život. Velká velikost planety – s poloměrem 2,6krát větším než je poloměr Země – znamená, že nitro planety pravděpodobně obsahuje velký plášť vysokotlakého ledu, jako je tomu u Neptunu, ale s tenčí atmosférou bohatou na vodík a povrchovým oceánem. Je však také možné, že oceán je příliš horký na to, aby byl obyvatelný nebo tekutý.

„Ačkoli tento druh planet v naší Sluneční soustavě neexistuje, sub-Neptuny jsou nejběžnějším typem planet, které dosud v Galaxii známe,“ vysvětlil člen týmu Subhajit Sarkar z Cardiffské univerzity. „Doposud jsme získali nejpodrobnější spektrum obyvatelné zóny sub-Neptunu, což nám umožnilo zjistit molekuly, které existují v jeho atmosféře.“

Charakterizace atmosfér exoplanet, jako je K2-18 b – což znamená identifikace jejich plynů a fyzikálních podmínek – je velmi aktivní oblastí v astronomii. Tyto planety jsou však zastíněny – doslova – září jejich mnohem větších mateřských hvězd, což činí průzkum atmosféry exoplanet obzvláště náročným.

Tým se této výzvě vyhnul analýzou světla z mateřské hvězdy K2-18 b při průchodu atmosférou exoplanety. K2-18 b je tranzitní exoplaneta, což znamená, že můžeme detekovat pokles jasnosti, když prochází přes disk své hostitelské hvězdy. Takto byla planeta objevena v roce 2015 pomocí mise Kepler K2. To znamená, že během přechodů nepatrný zlomek světla hvězdy projde atmosférou planety, než se dostane k dalekohledům, jako je Webbův teleskop. Průchod hvězdného světla atmosférou exoplanety zanechává stopy, které mohou astronomové studovat, aby určili plyny v atmosféře exoplanety.

Výsledky práce týmu byly přijaty k publikaci v The Astrophysical Journal Letters.

Vědecký tým má nyní v úmyslu provést následný výzkum pomocí spektrografu MIRI (Mid-Infrared Instrument), který, jak doufají, dále potvrdí jejich zjištění a poskytne nové poznatky o podmínkách v prostředí na K2-18 b.

„Naším konečným cílem je identifikace života na obyvatelné exoplanetě, která by změnila chápání našeho místa ve vesmíru,“ uzavřel Madhusudhan. „Naše zjištění jsou slibným krokem k hlubšímu porozumění v tomto hledání.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/beyond-earth-webb-space-telescope-detects-key-molecules-on-exoplanet-k2-18-b/ a https://www.sci.news/astronomy/carbon-dioxide-methane-k2-18b-12257.html

autor: František Martinek