Teleskop Webba wykrywa siarkowodór w odległych gazowych gigantach, ujawniając wskazówki dotyczące powstawania planet
Astronomowie dokonali przełomowego odkrycia za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba: było to pierwsze potwierdzone wykrycie gazowego siarkowodoru w atmosferach trzech masywnych egzoplanet krążących wokół gwiazdy HR 8799. Odkrycie dostarcza ważnych dowodów na to, jak powstały te gazowe olbrzymy, sugerując, że zgromadziły one materiały stałe na wczesnym etapie swojego rozwoju – proces, który może rzucić światło na powstawanie planet w całym Wszechświecie.
System HR 8799: Unikalne laboratorium
HR 8799 to stosunkowo młoda gwiazda, mająca zaledwie 30 milionów lat, znajdująca się około 129 lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Pegaza. W przeciwieństwie do większości egzoplanet, które odkrywa się pośrednio, cztery planety krążące wokół HR 8799 (b, c, d i e) są bezpośrednio widoczne przez potężne teleskopy. Te superjowisze mają masę od pięciu do dziesięciu razy większą od Jowisza i krążą w ogromnych odległościach od swojej gwiazdy – około 15 razy dalej niż Ziemia od Słońca.
Układ ten wyróżnia się tym, że jest jedynym znanym obecnie domem dla czterech masywnych gazowych gigantów. Odkrycie to rodzi fundamentalne pytania dotyczące sposobu powstawania takich układów, biorąc pod uwagę, że większość innych obserwowanych układów egzoplanetarnych ma mniej księżyców lub są one mniejsze.
Siarka jako kluczowy wskaźnik powstawania substancji stałych
Zespół badawczy kierowany przez dr Jean-Baptiste Ruffio z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego wykorzystał wyjątkową czułość teleskopu Webba do analizy składu atmosfery planet c, d i e. Znaleziono klucz? Obecność gazowego siarkowodoru (H₂S).
Dlaczego siarka jest ważna? W przeciwieństwie do węgla i tlenu, które mogą pochodzić z gazu lub materiałów stałych w dysku protoplanetarnym, siarka w takich odległościach od gwiazdy musiałaby pochodzić z materiałów stałych. Gaz siarkowy nie przetrwa w takich temperaturach. Oznacza to, że podczas swojego powstawania planety gromadziły siarkę w postaci cząstek stałych.
„Niemożliwe jest, aby te planety akreowały siarkę w postaci gazu” – wyjaśnił dr Jerry Xuan, doktorant na UCLA i Caltech.
Zespół opracował nowe techniki analizy danych w celu wyodrębnienia słabych sygnałów z obserwacji Webba, biorąc pod uwagę, że planety są około 10 000 razy słabsze od swojej gwiazdy.
Uniwersalne trendy w składzie planet
Stosunek siarki do wodoru, a także węgla i tlenu jest na tych egzoplanetach znacznie wyższy niż w samej HR 8799, co wskazuje na wyraźną różnicę w składzie planet i ich gwiazdy macierzystej.
Co ciekawe, ten sam wzór wzbogacania w pierwiastki ciężkie obserwuje się także na Jowiszu i Saturnie w naszym Układzie Słonecznym. Sugeruje to, że planety w różnych układach mogą powstawać z podobną tendencją do gromadzenia ciężkich pierwiastków w mniej więcej takich samych proporcjach.
„Nie jest łatwo wyjaśnić równomierne wzbogacenie Jowisza w węgiel, tlen, siarkę i azot, ale fakt, że widzimy to w innym układzie, sugeruje, że w powstawaniu planet jest coś uniwersalnego” – stwierdził dr Xuan.
Przyszłe implikacje dla poszukiwań planet podobnych do Ziemi
Metody zastosowane w tym badaniu – wizualne i widmowe oddzielenie planet od ich gwiazd – będą miały kluczowe znaczenie dla przyszłych badań egzoplanet. Choć obecnie obserwacje ograniczają się do gazowych olbrzymów, w miarę udoskonalania teleskopów naukowcy spodziewają się wykorzystać te techniki do szczegółowego badania planet podobnych do Ziemi.
Znalezienie analogów Ziemi pozostaje celem długoterminowym, a naukowcy szacują, że miną dziesięciolecia, zanim uzyskają widmo planety podobnej do Ziemi i zaczną szukać potencjalnych biosygnatur w jej atmosferze. Jednakże odkrycia te stanowią znaczący krok w kierunku osiągnięcia tego ostatecznego celu.
Podsumowując wykrycie siarkowodoru w atmosferach gazowych gigantów HR 8799 potwierdza, że planety te powstały w wyniku akrecji materiałów stałych, co stanowi coraz większą liczbę dowodów na uniwersalne wzorce powstawania planet. To przełomowe odkrycie dostarcza cennych informacji na potrzeby przyszłych poszukiwań egzoplanet, przybliżając nas do zrozumienia różnorodności układów planetarnych poza naszym własnym.
