James Webb Saksikan Dunia Gas Dipanggang: Suhu HD 80606 b Melonjak 1,100°F

Planet ini melengkapkan satu orbit dalam kira-kira 111 hari. Pada setiap pusingan, ia menerima hampir 1,000 kali ganda lebih banyak sinaran bintang ketika menghampiri bintang berbanding ketika berada di bahagian paling jauh orbitnya . Suhu efektifnya diramalkan meningkat daripada sekitar 400 kelvin kepada lebih 1,400 kelvin dalam masa beberapa jam .

Pemerhatian terdahulu oleh Teleskop Angkasa Spitzer pada 2007 dan 2009 telah mengesan perubahan haba inframerah planet ini. Dalam satu sesi, Spitzer memantau sistem tersebut selama 30 jam ketika HD 80606 b melalui pendekatan paling hampir. Data itu menunjukkan denyutan haba global yang diikuti pembentukan ribut besar dalam atmosfera .

Webb melihat perubahan kimia atmosfera

Jika Spitzer membantu mengesan bagaimana haba merebak, Webb membawa kajian itu ke tahap yang lebih terperinci: mengenal pasti molekul dalam atmosfera.

Pasukan penyelidik menggunakan instrumen NIRSpec, atau Near-Infrared Spectrograph, dalam mod G395H. Mereka memerhatikan HD 80606 b selama 21 jam, dengan tempoh pemerhatian berpusat pada gerhana yang berlaku beberapa jam sebelum planet itu mencapai periastron .

Sebelum planet menghampiri bintangnya, spektrum pancaran kelihatan hampir seperti jasad hitam tanpa ciri molekul yang jelas. Ini menunjukkan atmosfera yang lebih legap dari sudut pemerhatian tersebut. Apabila planet semakin panas, spektrumnya berubah dan mula memaparkan cap jari molekul yang boleh dikenal pasti .

Antara isyarat yang dikesan ialah:

• Metana (CH₄), dengan tahap keyakinan pengesanan sekitar 3.7 hingga 4.8 sigma bergantung pada fasa pemerhatian;
• Karbon monoksida (CO), dikesan pada sekitar 3.4 sigma;
• Wap air (H₂O), dikesan pada sekitar 3.1 sigma .

Dalam astronomi, nilai sigma digunakan untuk menggambarkan tahap keyakinan statistik sesuatu pengesanan. Urutan isyarat ini penting kerana ia menunjukkan bahawa kimia atmosfera planet tersebut berubah mengikut masa, seiring dengan peningkatan dan pengagihan haba ketika planet melintasi bahagian paling ekstrem orbitnya.

Tiada lapisan pembalikan haba yang kuat

Model tertentu sebelum ini meramalkan kewujudan pembalikan terma — lapisan atmosfera yang suhunya meningkat apabila altitud bertambah. Fenomena sebegini pernah dikaitkan dengan beberapa planet gergasi yang menerima sinaran bintang pada tahap sangat tinggi.

Namun, data Webb tidak menunjukkan pembalikan terma yang kuat pada HD 80606 b . Salah satu kemungkinan ialah pemanasan planet itu terlalu singkat untuk membina lapisan songsang yang stabil. Kemungkinan lain ialah pergerakan atmosfera mengagihkan haba dengan begitu pantas sehingga corak tersebut tidak sempat terbentuk.

Dapatan ini membantu menguji model atmosfera eksoplanet dalam keadaan yang sukar ditemui dalam Sistem Suria. Suhu, angin, gelora dan tindak balas kimia semuanya berlaku dalam skala masa yang sangat pantas.

Daripada mengukur haba kepada membaca kimia

Kisah HD 80606 b memperlihatkan perkembangan teknologi teleskop angkasa. Spitzer terlebih dahulu mengukur perubahan pancaran inframerah dan membantu saintis memahami bagaimana atmosfera planet bertindak balas terhadap pemanasan mengejut .

Webb pula menggunakan spektroskopi untuk meneliti molekul tertentu. Dalam teknik ini, cahaya yang dipancarkan atau ditapis melalui atmosfera diuraikan kepada spektrum. Molekul seperti metana, karbon monoksida dan wap air meninggalkan corak serapan tersendiri pada panjang gelombang tertentu .

Ini menjadikan HD 80606 b makmal semula jadi untuk mengkaji hubungan antara iklim, pergerakan atmosfera dan kimia planet. Model kajian menunjukkan bahawa perubahan pantas sinaran bintang boleh mempengaruhi skala masa kimia dan percampuran menegak atmosfera .

Pemerhatian Webb itu sendiri memerlukan perancangan amat teliti. Rangkaian teleskop dari Bumi digunakan untuk memperkemas pengiraan masa orbit planet, mengurangkan ketidakpastian waktu transit dan gerhana daripada puluhan minit kepada hanya beberapa minit. Ketepatan ini memastikan Webb dapat memerhatikan jendela pendek ketika planet melintasi periastron .

Mengapa penemuan ini penting?

HD 80606 b bukan sekadar dunia yang “terpanggang” oleh bintangnya. Ia menunjukkan betapa dinamiknya atmosfera planet di luar Sistem Suria dan sejauh mana perubahan iklim boleh berlaku apabila sebuah planet mempunyai orbit yang sangat eksentrik.

Webb juga menggunakan spektroskopi untuk mengkaji pelbagai jenis atmosfera eksoplanet. Sebagai contoh, pemerhatian terhadap WASP-121 b telah mengenal pasti air, karbon monoksida, silikon monoksida dan metana dalam keadaan atmosfera yang sangat panas . Sementara itu, pemerhatian terhadap TOI-199 b membuka peluang untuk meneliti gergasi gas bersuhu sederhana yang mempunyai isyarat metana .

Setiap dunia memberikan gambaran berbeza: ada yang kehilangan atmosfera, ada yang mengekalkan molekul kompleks dalam haba ekstrem, dan ada yang mempunyai suhu lebih sederhana. HD 80606 b pula menonjol kerana perubahan musim dan kimianya dipacu oleh orbit yang hampir menyerupai laluan komet.

Dengan merakam keadaan sebelum, semasa dan selepas pendekatan paling hampir, James Webb memberikan gambaran berurutan tentang atmosfera sebuah planet yang berubah secara dramatik dalam sehari. Bagi ahli astronomi, ia ialah peluang untuk menguji teori cuaca planet, pengangkutan haba dan tindak balas kimia dalam salah satu persekitaran paling ganas di galaksi.