Webbův dalekohled odhalil exoplanetu s nesouměrnou atmosférou, kterou rozpíná žhavý plyn a silné větry
Vzdálená planeta, která připomíná vejce položené na boku, ukazuje, jak rozmanité mohou být světy za hranicemi Sluneční soustavy. Díky Webbovu dalekohledu astronomové odhalili výrazné rozdíly v tloušťce její atmosféry i rozložení některých plynů.
Vesmírný dalekohled Jamese Webba odhalil exoplanetu, jejíž atmosféra je večer téměř dvakrát větší než ráno. (ilustrace: Cornell University, Hannah Wakeford, CC BY 4.0)
Planety mají zpravidla podobu téměř pravidelných koulí, jejich atmosféry však mohou být mnohem méně souměrné. Dokládá to nová studie zveřejněná v časopise Nature Astronomy, v níž vědci z Cornellovy univerzity a Univerzity v Bristolu vůbec poprvé podrobně prozkoumali exoplanetu, jejíž atmosféra se na různých stranách výrazně liší svou tloušťkou.
Pozornost výzkumníků se zaměřila na WASP-17 b, kterou astronomové objevili v roce 2009. Tato exoplaneta se nachází přibližně 1 300 světelných let od Země v souhvězdí Štíra a patří mezi takzvané horké Jupitery, tedy planety podobné Jupiteru obíhající velmi blízko svých hvězd.
V tomto konkrétním případě jde o mimořádný exemplář: její oběžná doba činí pouhé čtyři dny, hmotnost dosahuje zhruba poloviny Jupiteru, ale průměr je téměř dvojnásobný. Její hustota se tak blíží hustotě polystyrenu. Díky velkým rozměrům a vysoké teplotě představuje vhodnou přírodní laboratoř pro výzkum atmosfér exoplanet.
Nová metoda odhalila rozdíly
Při tradičním výzkumu astronomové analyzují světlo hvězdy, které prochází atmosférou planety. Metoda zvaná transmisní spektroskopie umožňuje určit její celkové chemické složení, protože však vyhodnocuje světlo z celého obrysu planety, nerozlišuje případné rozdíly mezi ranní a večerní stranou nebo oblastmi u pólů.
Tým vedený Lili Andersonovou z Univerzity v Bristolu tentokrát využil jiný postup. Pomocí specializovaného modelovacího softwaru Harmonica dokázali výzkumníci zacházet s obrysem planety jako s proměnlivou smyčkou, nikoli jako s neměnným kruhem. Při přechodu planety před hvězdou a při jejím opouštění zorného pole model vypočítával změny tloušťky atmosféry podél okrajů a analyzoval vlnové délky světla, které jí procházelo z různých úhlů.
Klíčová pozorování zajistil Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST). Jeho infračervená kamera a dostatečné rozlišení umožnily rozlišit jednotlivé okraje atmosféry. Výsledky ukázaly, že atmosféra WASP-17 b je skutečně výrazně nesouměrná.
Žhavý večer, chladnější ráno
Planeta má se svou mateřskou hvězdou vázanou rotaci, podobně jako například Země a Měsíc, takže teploty na ranním a večerním okraji její atmosféry se výrazně liší. Na ranním okraji dosahuje 858 kelvinů (585 °C), zatímco na večerní hranici mezi denní a noční stranou činí 1 522 kelvinů (1 250 °C).
Protože se horký plyn rozpíná, projevuje se výrazný teplotní rozdíl také na rozměrech atmosféry. Na večerním rozhraní mezi denní a noční stranou je podle studie atmosféra 1,8krát rozlehlejší než na ranním rozhraní. Z pohledu Webbova dalekohledu tak WASP-17 b připomíná spíše vejce položené na boku než pravidelnou kouli.
Na rozpínání atmosféry se podílí také proudění. Na slapově vázaných planetách se podél rovníku pohybují mohutné větry vanoucí východním směrem, přenášející zahřátý plyn z horké denní strany na chladnější noční polokouli. Tam plyn výrazně vychladne a atmosféra se smršťuje.
Stále podrobnější portrét vzdáleného světa
Navzdory silným větrům zůstávají některé složky atmosféry rozloženy poměrně rovnoměrně. Vodní pára a oxid uhličitý se vyskytují v podobném zastoupení podél obvodu planety a jejich rozložení zůstává stabilní také mezi rovníkem a póly.
U metanu a oxidu siřičitého však vědci zaznamenali možné změny chemického složení přímo v polárních oblastech. Zdá se, že tyto látky se lépe zachovávají mimo oblasti zasažené silnými větry.
Na jedné straně 585 °C, na druhé až 1 250 °C. Exoplaneta WASP-17 b má kvůli extrémním teplotním rozdílům výrazně nesouměrnou atmosféru. (ilustrace: Cornell University, Hannah Wakeford, CC BY 4.0)
WASP-17 b patří mezi nejlépe prozkoumané exoplanety. Astronomové už dříve zmapovali infračervené tepelné záření její denní strany, studovali noční záření při ochlazování planety a zaznamenali také drobné krystalky křemene v horních vrstvách její atmosféry.
Nová studie k těmto poznatkům přidává podrobný obraz její velikosti a chemického složení a přispívá k dosud jednomu z nejúplnějších trojrozměrných pohledů na atmosféru exoplanety.
Výzkumníci očekávají, že podobně podrobně bude možné zkoumat také další planety. Studie představuje první případ, kdy se podařilo prokázat výraznou nesouměrnost atmosféry exoplanety. Webbův dalekohled a jeho následovníci by mohli přinést srovnatelně podrobné poznatky o řadě dalších světů.
