Webbův teleskop si získal srdce veřejnosti překrásnými fotkami vesmíru. I pro vědce mají fotografie velký význam, ale možná ještě důležitější jsou spektrální měření, díky kterým se dozvíme chemické složení vzdálených světů. Dnešní téma věnujeme takovému případu, který na první pohled vypadá jen jako graf. Jak si ale ukážeme, obsah tohoto grafu je velmi zajímavý. Teleskop Jamese Webba totiž v rámci tohoto pozorování obrátil svůj zrak k exoplanetě K2-18 b, která je 8,6× hmotnější než Země. Jeho spektrální měření potvrdila přítomnost uhlíkatých molekul – například oxidu uhličitého a metanu. Aktuální objev podporuje nedávné studie, podle kterých by K2-18 b mohla mít atmosféru bohatou na vodík a povrch pokrytý vodním oceánem, což se označuje jako Hycean.

Umělecká představa exoplanety K2-18 b.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

První náhled do atmosféry této exoplanety, která obíhá svou hvězdu v tzv. obyvatelné zóně, pochází od Hubbleova teleskopu, což podnítilo další studie, díky kterým jsme postupně změnili naše chápání tohoto systému. Exoplaneta K2-18 b obíhá chladnou trpasličí hvězdu K2-18 ze souhvězdí Lva vzdálenou od Země 120 světlených let. Exoplanety jako K2-18 b, jejichž velikost je někde mezi Zemí a Neptunem, se nepodobají ničemu, co známe ze Sluneční soustavy. Nedostatek podobných blízkých planet způsobuje, že těmto „sub-Neptunům“ rozumíme jen málo a podstata jejich atmosfér je předmětem aktivních debat mezi astronomy.

Domněnka, že by „sub-Neptun“ K2-18 b mohl být exoplanetou typu Hycean, je lákavá, jelikož podle některých astronomů by tyto světy mohly být slibným prostředím pro hledání důkazů o existenci života na exoplanetách. „Naše poznatky podtrhují důležitost zvážení odlišných obyvatelných prostředí při hledání života,“ vysvětluje Nikku Madhusudhan, astronom z University of Cambridge a hlavní autor vědeckého článku, který informoval o objevu a dodává: „Pátrání po životě na exoplanetách se tradičně zaměřuje na menší kamenné planety, ale větší světy typu Hycean jsou mnohem příhodnější pro pozorování atmosféry.“

Model molekuly dimetylsulfidu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Hojné zastoupení metanu a oxidu uhličitého spolu s nedostatkem čpavku podporuje teorii, že by se na exoplanetě K2-18 b mohl nacházet vodní oceán pod atmosférou bohatou na vodík. Tato prvotní pozorování z Webbova teleskopu poskytla ještě jedno velmi zajímavé pozorování. Ve spektrální analýze byly pravděpodobně objeveny stopy sloučeniny, které se říká dimetylsulfid (DMS). Tato molekula je velmi zajímavá tím, že na Zemi ji vytváří pouze živé organismy. Většinu DMS na Zemi vytvořil fytoplankton žijící v oceánu. Jedním dechem je nutné dodat, že spektrální stopa DMS v měření je méně výrazná a vyžaduje další potvrzení. „Nadcházející pozorování Webbovým teleskopem by měla potvrdit, zda se v atmosféře K2-18 b opravdu nachází DMS ve významnějším množství,“ doplňuje Madhusudhan.

Ačkoliv K2-18 b leží v obyvatelné zóně a její atmosféra obsahuje uhlíkové molekuly, nemusí to nutně znamenat, že tento svět může být příhodný pro život. Velké rozměry této planety (2,6× větší poloměr než Země) znamenají, že útroby planety pravděpodobně tvoří velký plášť z ledu pod vysokým tlakem, jaký známe od Neptunu, ovšem s tenčí atmosférou bohatou na vodík a vodním povrchem. Ovšem zatím nemůžeme vyloučit ani možnost, že je tento oceán příliš horký na to, aby mohl hostit život. Reálná je také možnost, že zdejší podmínky ani neumožní existenci kapalné vody.

Spektrální měření atmosféry exoplanety K2-18 b provedené Teleskopem Jamese Webba – konkrétně přístroji NIRISS a NIRSpec.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Ačkoliv planety tohoto typu ve Sluneční soustavě neexistují, sub-Neptuny jsou nejzastoupenějším typem exoplanet, jaké v naší galaxii známe,“ vysvětluje člen vědeckého týmu, Subhajit Sarkar z Cardiff University a dodává: „Získali jsme zatím vůbec nejdetailnější spektrum sub-Neptunu v obyvatelné zóně a díky tomu jsme mohli určit, jaké molekuly existují v tamní atmosféře.“ Charakteristika atmosfér exoplanet jako je K2-18 b, tedy identifikace chemického složení tamních plynů a jejich fyzikálních vlastností, je v astronomii velmi aktivním oborem. Jenže tyto planety se doslova utápí v záři jejich mateřských hvězd, což pozorování atmosfér těchto exoplanet velmi výrazně komplikuje.

Přístroj NIRSpec (Near-InfraRed Spectrograph)
Zdroj: http://www.esa.int

Vědci se proto této technologické výzvě vyhnuli tím, že analyzovali světlo z mateřské hvězdy v době, kdy exoplaneta K2-18 b přecházela z našeho pohledu přes kotouč své hvězdy. Během tohoto tranzitu exoplaneta svou hvězdu lehce zastíní, čímž poklesne její jas. Ostatně takto byla tato exoplaneta v roce 2015 objevena pomocí teleskopu Kepler v rámci jeho nadstavbové mise K2. To ale také znamená, že během tranzitu část světla hvězdy prochází skrz atmosféru planety, než se dostane k detektorům teleskopu. Právě průchod světla skrz atmosféru exoplanety na něm zanechá spektrální stopy – některé vlnové délky jsou pohlceny molekulami v atmosféře a jejich nepřítomnost v měření tak umožní astronomům určit, jaké plyny se v atmosféře nacházejí.

Přístroje NIRISS a FGS vytváří jeden funkční celek, ale mohou fungovat i samostatně.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

„Tyto výsledky byly možné jen díky rozšířenému rozsahu vlnových délek a bezkonkurenční citlivosti Webbova teleskopu, který umožnil jasnou detekci spektrálních stop během pouhých dvou tranzitů,“ uvádí Madhusudhan a dodává: „Pro srovnání – data z jediného tranzitu pořízená Webbovým teleskopem poskytla srovnatelnou přesnost jako osm pozorování provedených během několika let a v relativně úzkém rozsahu vlnových délek.“ Výjimečnost pozorování potvrzuje také Savvas Constantinou z University of Cambridge, který je čelenem vědeckého týmu: „Výsledky jsou produktem pouhých dvou tranzitů K2-18 b, přičemž mnoho dalších ještě přijde. To znamená, že naše práce je zatím jen ukázkou toho, co Webbův teleskop dokáže pozorovat u exoplanet v obyvatelné zóně.“

Výsledky sepsané vědeckým týmem byly přijaty k publikaci v odborném časopisu The Astrophysical Journal Letters. Experti z tohoto týmu nyní chtějí provést navazující spektrální měření přístrojem MIRI, který by měl podle jejich očekávání poskytnout nový pohled na podmínky panující na exoplanetě K2-18 b. „Naším hlavním cílem je objev života na obyvatelné planetě, což by změnilo naše vnímání naší pozice ve vesmíru,“ uzavírá Madhusudhan a dodává: „Naše objevy jsou nadějným krokem vstříc lepšímu pochopení světů typu Hycean.“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://solarsystem.nasa.gov/…/JWST_Illustration-1280.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/stsci-01h9r8aek6y7qr03mgn9v9p6zj.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Dimethyl-sulfide-3D-vdW.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/stsci-01h9rf3tqe6xa9x01kxxj351z6.png
http://www.esa.int/…/JWST_s_Near_InfraRed_Spectrograph_NIRSpec.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/JWST_FGS_ETU_picture.jpg