Astronomowie badają atmosferę egzoplanety 55 Cancri e

Naukowcy z pomocą Teleskopu Webba wykryli atmosferę otaczającą, skalistą egzoplanetę 55 Cancri e, znajdującą się 41 lat świetlnych od Ziemi. Jest to najlepszy jak dotąd dowód na istnienie atmosfery na skalistej planecie poza Układem Słonecznym.

Jak tłumaczą astronomowie, 55 Cancri e jest jedną z pięciu znanych planet krążących wokół podobnej do Słońca gwiazdy w gwiazdozbiorze Raka. Ze średnicą prawie dwukrotnie większą od ziemskiej i nieco większą gęstością, planeta jest klasyfikowana jako super Ziemia (większa niż Ziemia, mniejsza niż Neptun i podobna w składzie do planet skalistych obecnych Układzie Słonecznym).

„55 Cancri e jest jedną z najbardziej enigmatycznych egzoplanet. Pomimo ogromnej ilości czasu obserwacyjnego uzyskanego za pomocą tuzina teleskopów naziemnych i kosmicznych w ciągu ostatniej dekady, jej natura pozostawała nieuchwytna, aż do dziś, kiedy części układanki można było wreszcie złożyć w całość dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba (JWST)” – mówi Brice-Olivier Demory z University of Bern.

Najnowsze obserwacje zdaniem naukowców, wskazują, że możliwe jest, aby gorąca i silnie napromieniowana planeta skalista utrzymywała gazową atmosferę. Jest to dobry znak do poszukiwania za pomocą JWST chłodniejszych, potencjalnie nadających się do zamieszkania, planet skalistych krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca. Badanie zostało opublikowane w Nature.

„W ciągu ostatnich dwóch lat teleskop kosmiczny CHEOPS, który został opracowany i zbudowany na Uniwersytecie w Bernie, był kluczem do rozwiązania kilku pytań astrofizyków dotyczących 55 Cancri e. JWST uzupełnił ten obraz na długościach fal podczerwonych, pokazując, że super-Ziemia 55 Cancri e może być otoczona atmosferą o składzie zgodnym z tlenkiem węgla lub dwutlenkiem węgla” – wyjaśnia Demory.

Jak tłumaczą astronomowie, chociaż 55 Cancri e ma podobny skład do planet skalistych w Układzie Słonecznym, opisanie jej jako „skalistej” może nie być dokładne. Planeta krąży tak blisko swojej gwiazdy (pełna orbita trwa 18 godzin – 365 dni na Ziemi), że jej powierzchnia musi być stopiona, zdaniem badaczy wygląda przypomina głęboki ocean magmy. Przy tak bliskiej orbicie planeta jest również prawdopodobnie zwrócona w stronę gwiazdy jedną półkulą przez cały czas.

Chociaż JWST nie jest w stanie uchwycić bezpośredniego obrazu 55 Cancri e, to jak wskazują naukowcy, może zmierzyć subtelne zmiany światła z systemu, gdy planeta krąży wokół gwiazdy. Badacze wykorzystali kamery JWST NIRCam (Near-Infrared Camera) i MIRI (Mid-Infrared Instrument) do pomiaru światła podczerwonego pochodzącego z planety.

Odejmując jasność podczas zaćmienia wtórnego, gdy planeta znajduje się za gwiazdą (tylko światło gwiazdy), od jasności, gdy planeta znajduje się tuż obok gwiazdy (światło od gwiazdy i planety łącznie), astronomowie byli w stanie obliczyć ilość światła podczerwonego pochodzącego od dziennej strony planety na wielu długościach fal jednocześnie.

Pierwsza wskazówka, jak podkreślają badacze, że 55 Cancri e może mieć znaczną atmosferę, pochodziła z pomiarów temperatury opartych na emisji termicznej lub energii cieplnej wydzielanej w postaci światła podczerwonego. Jeśli planeta byłaby pokryta ciemną stopioną skałą z cienką zasłoną odparowanej skały lub w ogóle nie miałaby atmosfery, temperatura po stronie dziennej powinna wynosić około 2200 stopni Celsjusza.

„Zamiast tego dane MIRI wykazały stosunkowo niską temperaturę około 1500 stopni Celsjusza. Jest to bardzo silna wskazówka, że energia jest rozprowadzana od strony dziennej do nocnej, najprawdopodobniej przez atmosferę bogatą w substancje lotne” – tłumaczy Renyu Hu z Jet Propulsion Laboratory NASA (JPL).

Podczas gdy prądy lawy mogą przenosić pewne ilości ciepła na stronę nocną, zdaniem astronomów, nie mogą one przemieszczać go wystarczająco skutecznie, aby wyjaśnić efekt chłodzenia. W rzeczywistości strona dzienna wydaje się o kilkaset stopni chłodniejsza niż powinna, nawet jeśli ciepło rozprzestrzenia się równomiernie po całej planecie. Ma to sens, jak podkreślają astronomowie, jeśli część światła podczerwonego emitowanego przez powierzchnię jest pochłaniana przez atmosferę i nie dociera do teleskopu.

Naukowcy uważają, że gazy pokrywające 55 Cancri e wydostają się z wnętrza planety, a pierwotna atmosfera już dawno zniknęła z powodu wysokiej temperatury i intensywnego promieniowania gwiazdy. Ich zdaniem obecna jest tam atmosfera wtórna, która jest stale uzupełniana przez ocean magmy.

Emil Gołoś