Teleskop Luar Angkasa James Webb mengungkap atmosfer planet ekstrasurya yang belum pernah ada sebelumnya

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) baru saja mencetak gol pertama lainnya: gambar molekuler dan kimiawi yang mendetail dari langit jauh di dunia.

Kluster instrumen teleskop yang sangat sensitif dilatih di atmosfer “Saturnus panas” – planet bermassa Saturnus yang mengorbit bintang sekitar 700 tahun cahaya – dikenal sebagai WASP-39 b. Sementara JWST dan teleskop luar angkasa lainnya, termasuk Hubble dan Spitzer, sebelumnya telah mendeteksi komponen terisolasi dari atmosfer planet ini, pembacaan baru menyediakan katalog lengkap atom, molekul, dan bahkan tanda-tanda kimia aktif dan awan.

“Kejelasan sinyal dari sejumlah partikel berbeda dalam data sangat luar biasa,” kata Mercedes Lopez-Morales, ahli astrofisika di Pusat Astrofisika. Harvard dan Smithsonian dan salah satu ilmuwan yang berkontribusi pada temuan baru tersebut.

“Kami berharap kami akan melihat banyak dari sinyal ini, tetapi ketika saya pertama kali melihat datanya, saya kagum,” tambah Lopez-Morales.

Data terbaru juga memberikan petunjuk tentang bagaimana awan planet ekstrasurya ini mungkin muncul dari dekat: selubung seragam yang longgar dan tidak seragam di atas planet ini.

Hasilnya menjadi pertanda baik bagi kemampuan JWST untuk melakukan berbagai penyelidikan di planet ekstrasurya — planet di sekitar bintang lain — yang diharapkan para ilmuwan. Ini termasuk memeriksa atmosfer planet berbatu yang lebih kecil seperti yang ada di sistem TRAPPIST-1.

Kami mengetahuinya planet ekstrasurya “Menggunakan beberapa instrumen secara bersamaan memberikan spektrum inframerah yang luas dan serangkaian tanda kimia yang tidak dapat diakses hingga JWST,” kata Natalie Batalha, seorang astronom di University of California, Santa Cruz, yang berkontribusi dan membantu mengoordinasikan penelitian baru ini. Data seperti ini adalah pengubah permainan.”

Kumpulan penemuan dirinci dalam satu set lima makalah ilmiah yang baru diserahkan, tersedia di situs pracetak arXiv. Di antara penemuan yang belum pernah terjadi sebelumnya adalah deteksi pertama sulfur dioksida di atmosfer planet ekstrasurya, sebuah molekul yang dihasilkan dari reaksi kimia yang dihasilkan oleh cahaya berenergi tinggi dari bintang induk planet tersebut. Di Bumi, lapisan pelindung ozon masuk atmosfer bagian atas Itu dibuat dengan cara yang serupa.

“Penemuan belerang dioksida yang mengejutkan akhirnya menegaskan bahwa fotokimia membentuk iklim ‘Saturnus yang panas’,” kata Diana Powell, NASA Hubble Fellow, seorang astronom di Pusat Astrofisika dan anggota inti tim yang membuat penemuan belerang dioksida. . Bumi juga melalui fotokimia, jadi planet kita memiliki lebih banyak kesamaan dengan ‘Saturnus panas’ daripada yang kita ketahui sebelumnya.”

Gia Adams, seorang mahasiswa pascasarjana Harvard dan peneliti di Pusat Astrofisika, menganalisis data yang mengonfirmasi sinyal belerang dioksida.

“Sebagai peneliti awal karir di bidang atmosfer planet ekstrasurya, sangat menarik untuk menjadi bagian dari penemuan seperti ini,” kata Adams. “Proses analisis data ini tampak ajaib. Kami melihat petunjuk tentang fitur ini di data awal, tetapi alat beresolusi tinggi ini mengungkap ciri khas SO.”₂ dengan jelas dan membantu kami memecahkan misteri itu.”

Pada perkiraan suhu 1.600 derajat Fahrenheit dan atmosfer yang sebagian besar terbuat dari hidrogen, WASP-39 b diyakini tidak layak huni. Planet ekstrasurya telah dibandingkan dengan Saturnus dan Jupiter, dengan massa yang mirip dengan Saturnus, tetapi dengan ukuran keseluruhan seukuran Jupiter. Tetapi pekerjaan baru menunjukkan cara untuk menemukan bukti kemungkinan adanya kehidupan di planet yang dapat dihuni.

Kedekatan planet dengan bintang induknya – delapan kali lebih dekat dari Merkurius ke matahari kita – juga menjadikannya laboratorium untuk mempelajari efek radiasi dari bintang induk di planet ekstrasurya. Pengetahuan yang lebih baik tentang koneksi bintang-planet harus mengarah pada pemahaman yang lebih dalam tentang bagaimana proses ini menciptakan keragaman planet yang diamati di galaksi.

Konstituen atmosfer lainnya yang ditemukan oleh JWST termasuk natrium, kalium, dan Uap airmengonfirmasi pengamatan sebelumnya oleh teleskop luar angkasa dan berbasis darat serta menemukan fitur air tambahan, pada panjang gelombang yang lebih panjang, yang belum pernah terlihat sebelumnya.

JWST juga melihat Karbon dioksida pada resolusi yang lebih tinggi, memberikan dua kali lipat data yang dilaporkan dari pengamatan sebelumnya. ketika, Karbon monoksida terdeteksi, tetapi tanda tangan yang jelas dari metana dan hidrogen sulfida tidak ada dalam data. Jika mereka ada, molekul-molekul ini terjadi pada tingkat yang sangat rendah, sebuah temuan penting bagi para ilmuwan yang menginventarisasi kimia planet ekstrasurya untuk lebih memahami pembentukan dan evolusi dunia yang jauh ini.

Menangkap spektrum yang begitu luas dari atmosfer WASP-39 b adalah tur sains yang kuat, karena tim internasional mendigitalkan ratusan data yang dianalisis secara independen dari empat mode instrumen yang dikalibrasi secara tepat oleh JWST. Kemudian mereka membuat perbandingan rinci dari temuan mereka, menghasilkan hasil yang lebih akurat secara ilmiah.

JWST melihat alam semesta masuk cahaya inframerah, di ujung merah spektrum cahaya yang melampaui apa yang dapat dilihat mata manusia; Ini memungkinkan teleskop untuk mengambil tanda kimia yang tidak dapat dideteksi dalam cahaya tampak.

Masing-masing dari ketiga instrumen tersebut bahkan memiliki versi inframerah “IR” dalam namanya: NIRSpec, NIRCam, dan NIRISS.

Untuk melihat cahaya dari WASP-39 b, JWST melacak planet saat melintas di depan bintangnya, memungkinkan sebagian cahaya bintang menyaring atmosfer planet. Berbagai jenis bahan kimia di atmosfer menyerap warna spektrum cahaya bintang yang berbeda, sehingga warna yang hilang memberi tahu para astronom molekul mana yang ada.

Dengan hati-hati menganalisis sebuah planet ekstrasurya atmosferkinerja instrumen JWST melebihi harapan para ilmuwan – dan menjanjikan fase baru eksplorasi di antara berbagai planet ekstrasurya galaksi.

“Saya menantikan untuk melihat apa yang kita temukan di atmosfer planet terestrial kecil,” kata López-Morales.