JWST potwierdza atmosferę egzoplanety wokół PSR J2322-2650b z dominacją węgla – anomalia dla modeli planetarnych

Wykorzystując zaawansowane możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) należącego do NASA, naukowcy zdołali definitywnie potwierdzić istnienie egzoplanety PSR J2322-2650b. Atmosfera tej planety stanowi prawdziwą zagadkę dla obecnych teorii formowania się planet. Szczegółowe wyniki tych badań, opisujące to przełomowe odkrycie, zostały przyjęte do publikacji w prestiżowym czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters, a ich ukazanie zaplanowano na grudzień 2025 roku. Michael Zhang, główny autor pracy z Uniwersytetu Chicagowskiego, podkreślił, że zespół zarejestrował rodzaj atmosfery planetarnej niespotykany dotąd w historii astronomii. Możliwość ta otworzyła się dzięki niezrównanej czułości JWST w zakresie podczerwieni, pracującego ze stabilnej pozycji milionów mil od Ziemi.

Obiekt PSR J2322-2650b krąży wokół gwiazdy typu pulsar, której masa jest porównywalna do masy Słońca, choć jej rozmiary nie przekraczają skali miasta. Planeta ta znajduje się w ekstremalnie bliskiej odległości od swojej gwiazdy – zaledwie około 1 miliona mil. Z powodu potężnej grawitacji pulsara, planeta, której masa jest zbliżona do masy Jowisza, ulega znacznemu spłaszczeniu, przybierając kształt przypominający cytrynę. Okres orbitalny jest zaskakująco krótki i wynosi zaledwie 7,8 godziny, co świadczy o wyjątkowo ciasnym ułożeniu. Intensywne promieniowanie pulsara, składające się głównie z wysokoenergetycznych cząstek i promieniowania gamma, nie stanowi przeszkody dla detektorów podczerwieni Webb’a, co pozwoliło na precyzyjne śledzenie widma w trakcie całego obiegu.

Analiza danych zebranych przez Webb ujawniła atmosferę, w której dominującymi składnikami są hel oraz związki molekularne węgla, konkretnie C3 i C2. Jest to obserwacja bez precedensu, ponieważ spośród około 150 zbadanych dotąd atmosfer egzoplanet, żadna inna nie wykazała wykrywalnej obecności węgla molekularnego. Taki skład chemiczny jest wysoce nietypowy dla ciała, którego temperatura powierzchni przekracza 2000 stopni Celsjusza, a jednocześnie charakteryzuje się brakiem tlenu i azotu. Maya Belesnay ze Stanford University, która zajmowała się modelowaniem geometrii tej planety, zaznaczyła, że taka konfiguracja zapewnia niezwykle „czyste” spektrum, idealne do dogłębnej analizy.

Zespół badawczy wysunął hipotezę, że ekstremalne ciśnienie wewnętrzne może prowadzić do kompresji węgla wewnątrz planety aż do stanu diamentu. Zhang stwierdził, że ta unikalna struktura chemiczna podważa dotychczasowe teorie formowania się planet, ponieważ trudno jest wytłumaczyć, w jaki sposób mogła powstać tak bogata w węgiel kompozycja, co zdaje się wykluczać znane mechanizmy. Choć system ten jest klasyfikowany jako podwójny „czarna wdowa”, Zhang argumentował, że PSR J2322-2650b nie pasuje do standardowych scenariuszy dla pozostałości powstałych w wyniku zrzutu materii gwiezdnej, gdyż fizyka jądrowa nie generuje czystego węgla. Roger Romani ze Stanford University zaproponował alternatywną teorię, wiążącą się z wewnętrzną krystalizacją węgla i tlenu, co skutkowałoby wyniesieniem czystego węgla na powierzchnię.

Wcześniejsze badania, przeprowadzone przy użyciu teleskopu Gemini South w Chile, doprowadziły do wstępnego wykrycia tego obiektu, który jest częścią układu „czarnej wdowy”, gdzie pulsar stopniowo pochłania swojego towarzysza. Michael Zhang, który w styczniu 2025 roku otrzymał prestiżowe stypendium Suzuki dla podoktorantów, wcześniej pracował nad analizą danych JWST na Uniwersytecie Chicagowskim. Naukowcy, w tym Peter Gao z Carnegie Earth and Planetary Laboratory, zgodnie przyznali, że pierwsza reakcja zespołu na uzyskane dane brzmiała: „Co to, u licha, jest?”. To odkrycie, potwierdzające istnienie planety orbitującej wokół milisekundowego pulsara PSR J2322-2650, otwiera zupełnie nowy rozdział w naszym rozumieniu najbardziej egzotycznych światów kosmicznych.