Teleskop Jamesa Webba wykrywa gęstą atmosferę na ultragorącej skalistej egzoplanecie TOI-561 b

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) dostarczył najbardziej przekonujących dowodów na istnienie znaczącej atmosfery otaczającej skalistą egzoplanetę TOI-561 b. To odkrycie stawia pod znakiem zapytania dotychczasowe przekonania, zgodnie z którymi niewielkie planety krążące tak blisko swoich gwiazd macierzystych nie są w stanie utrzymać otoczki gazowej z powodu intensywnego promieniowania gwiezdnego.

TOI-561 b, klasyfikowana jako ultragorąca superziemia, została po raz pierwszy zidentyfikowana w 2020 roku. Szacuje się, że jest to jedna z najstarszych znanych planet, uformowana około 10 miliardów lat temu. Obiekt ten ma promień około 1,4 raza większy niż Ziemia i okrąża swoją gwiazdę w czasie krótszym niż 11 godzin. Taka orbita kwalifikuje ją do rzadkiej grupy egzoplanet o ultraskróconym okresie obiegu (USP). Planeta krąży wokół pomarańczowego karła, który jest około dwa do trzech razy starszy od Słońca, na ekstremalnie małej odległości. Powoduje to zjawisko synchronicznej rotacji, w którym jedna strona planety jest stale zwrócona ku swojej gwieździe.

Zespół badawczy, pod kierownictwem Johanny Teske z Laboratorium Ziemi i Planet Instytutu Carnegie, wykorzystał spektrograf NIRSpec teleskopu JWST. Celem było zmierzenie temperatury po stronie dziennej planety na podstawie jej jasności w bliskiej podczerwieni. Gdyby TOI-561 b była nagą skałą, temperatura jej strony oświetlonej powinna wynosić około 2700 stopni Celsjusza (4900 stopni Fahrenheita). Jednak obserwacje przeprowadzone w maju 2024 roku ujawniły znacznie niższą temperaturę – zaledwie 1800 stopni Celsjusza (3200 stopni Fahrenheita). Ta niespodziewana redukcja różnicy cieplnej jest najlepiej tłumaczona obecnością istotnej, bogatej w substancje lotne otoczki gazowej, która efektywnie redystrybuuje ciepło po planecie.

Współautor badania, Tim Lichtenberg z Uniwersytetu w Groningen, zasugerował, że planeta przypomina „mokrą kulę lawy”, która jest znacznie bogatsza w substancje lotne niż Ziemia. Ta charakterystyka, objawiająca się nienaturalnie niską gęstością, nie może być wyjaśniona wyłącznie przez skład wewnętrzny, taki jak małe żelazne jądro i płaszcz zbudowany z mniej gęstych krzemianów. Gwiazda TOI-561 jest uboga w metale, co sugeruje, że planeta uformowała się w zupełnie innym środowisku chemicznym niż planety Układu Słonecznego. Zdaniem naukowców, taki skład może być reprezentatywny dla planet, które powstały, gdy Wszechświat był jeszcze stosunkowo młody.

Obecność atmosfery, jak podkreśla doktor Anjali Piette z Uniwersytetu w Birmingham, jest niezbędna do wyjaśnienia wszystkich zebranych danych, ponieważ silne wiatry mogą transportować ciepło na stronę nocną. Badacze zakładają istnienie dynamicznej równowagi między oceanem magmowym a atmosferą, gdzie gazy są zarówno uwalniane, jak i ponownie pochłaniane. Naukowcy planują wykorzystać ponad 37 godzin danych obserwacyjnych JWST, aby stworzyć mapę cyrkulacji ciepła i doprecyzować skład atmosfery. Wyniki tej pracy zostały opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters. Jak podsumowała Nicole Wallack, kolejna współautorka, to odkrycie „przewraca do góry nogami powszechne wyobrażenia na temat planet o superkrótkim okresie obiegu”.