Nowe badania przeprowadzone za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w K2-18 b, egzoplanecie 8,6 razy masywniejszej od Ziemi, ujawniły obecność cząsteczek zawierających węgiel, w tym metanu i dwutlenku węgla. Odkrycie Webba uzupełnia ostatnie badania sugerujące, że K2-18 b może być hycejską egzoplanetą, taką, która ma potencjał do posiadania bogatej w wodór atmosfery i powierzchni pokrytej oceanem wodnym.
Pierwszy wgląd w właściwości atmosfery tej egzoplanety w ekosferze pochodzi z obserwacje za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, co skłoniło nas do dalszych badań, które od tego czasu zmieniły nasze rozumienie systemu.
K2-18 b krąży wokół chłodnego karła K2-18 w ekosferze i znajduje się 120 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Lwa. Egzoplanety takie jak K2-18 b, które mają rozmiary pomiędzy rozmiarami Ziemi i Neptuna, nie przypominają niczego w naszym Układzie Słonecznym. Ten brak równoważnych pobliskich planet oznacza, że te “pod-Neptuny” są słabo poznane, a natura ich atmosfer jest przedmiotem aktywnej debaty wśród astronomów. Sugestia, że pod-Neptun K2-18 b może być hycejską egzoplanetą jest intrygująca, ponieważ niektórzy astronomowie uważają, że te światy są obiecującymi środowiskami do poszukiwania dowodów na życie na egzoplanetach.
Obfitość metanu i dwutlenku węgla oraz niedobór amoniaku potwierdzają hipotezę, że pod bogatą w wodór atmosferą w K2-18 b może znajdować się ocean wodny. Te wstępne obserwacje Webba zapewniły również możliwe wykrycie cząsteczki zwanej siarczkiem dimetylu (DMS). Na Ziemi jest to wytwarzane tylko przez życie. Większość DMS w atmosferze ziemskiej jest emitowana z fitoplanktonu w środowisku morskim. Wnioskowanie DMS jest mniej wiarygodne i wymaga dalszej walidacji.
Chociaż K2-18 b leży w strefie nadającej się do zamieszkania i obecnie wiadomo, że zawiera cząsteczki zawierające węgiel, niekoniecznie oznacza to, że planeta może podtrzymywać życie. Duży rozmiar planety – o promieniu 2,6 promienia Ziemi – oznacza, że wnętrze planety prawdopodobnie zawiera duży płaszcz lodu pod wysokim ciśnieniem, takiego jak Neptun, ale z cieńszą atmosferą bogatą w wodór i powierzchnią oceanu. Przewiduje się, że światy Hycean mają oceany wody. Jednak możliwe jest również, że ocean jest zbyt gorący, aby nadawał się do zamieszkania lub był płynny.
“Chociaż tego rodzaju planety nie istnieją w naszym Układzie Słonecznym, pod-Neptuny są najczęstszym typem planet znanym do tej pory w galaktyce” wyjaśnia członek zespołu Subhajit Sarkar z Cardiff University. “Uzyskaliśmy najbardziej szczegółowe widmo pod-Neptuna w ekosferze do tej pory, co pozwoliło nam opracować cząsteczki, które istnieją w jego atmosferze.”
Charakteryzowanie atmosfer egzoplanet takich jak K2-18 b – czyli identyfikowanie ich gazów i warunków fizycznych – jest bardzo aktywnym obszarem w astronomii. Jednak planety te są przyćmione – dosłownie – blaskiem ich znacznie większych gwiazd macierzystych, co sprawia, że badanie atmosfer egzoplanet jest szczególnie trudne.
Zespół ominął to wyzwanie, analizując światło gwiazdy macierzystej K2-18 b, gdy przechodziła przez atmosferę egzoplanety. K2-18 b jest tranzytującą egzoplanetą, co oznacza, że możemy wykryć spadek jasności podczas jej przechodzenia przez tarczę swojej gwiazdy macierzystej. W ten sposób egzoplaneta została po raz pierwszy odkryta w 2015 roku podczas misji NASA K2. Oznacza to, że podczas tranzytów niewielki ułamek światła gwiazd przejdzie przez atmosferę egzoplanety, zanim dotrze do teleskopów takich jak Webb. Przejście światła gwiazdy przez atmosferę egzoplanety pozostawia ślady, które astronomowie mogą poskładać w celu określenia gazów atmosfery egzoplanety.
Wyniki zespołu zostały zaakceptowane do publikacji w The Astrophysical Journal Letters. Zespół zamierza teraz przeprowadzić dalsze badania za pomocą spektrografu MIRI (Mid-Infrared Instrument), który, jak mają nadzieję, jeszcze bardziej potwierdzi ich odkrycia i dostarczy nowych informacji na temat warunków środowiskowych na K2-18 b.