James Webb fanget den ekstreme «sommersesongen» på HD 80606 b

Det finnes få steder i universet med mer brutale årstider enn på HD 80606 b. Denne gasskjempen går i en bane som ligner mer på en kometbane enn på den jevne banen til Jupiter. Hver 111. dag svinger den inn mot en sollignende stjerne før den trekker seg langt ut igjen .

Da planeten nærmet seg stjernen, fulgte NASAs James Webb-romteleskop hvordan temperaturen skjøt opp med rundt 1 100 grader Fahrenheit – omtrent 593 grader Celsius – i løpet av svært kort tid . Observasjonen gir astronomene et sjeldent innblikk i hvordan en planetatmosfære reagerer når den utsettes for en plutselig og voldsom energipuls.

En bane som snur klimaet på hodet

HD 80606 b er en såkalt varm Jupiter, men den skiller seg kraftig fra de fleste andre planeter i denne kategorien. Mens mange varme Jupitere går i nesten sirkulære baner tett på stjernen sin, har HD 80606 b en eksentrisitet på omtrent 0,93 – altså en ekstremt langstrakt bane .

Avstanden til stjernen varierer fra rundt 0,03 astronomiske enheter ved nærmeste punkt til 0,88 astronomiske enheter ved det fjerneste. En astronomisk enhet er gjennomsnittsavstanden mellom jorden og solen . Det betyr at planeten får nesten tusen ganger mer stråling fra stjernen når den nærmer seg enn når den befinner seg ytterst i banen .

Ved nærpasseringen kommer planeten omtrent 2,8 millioner miles, eller 4,5 millioner kilometer, fra stjernens overflate . NASA har tidligere omtalt oppvarmingen som en «super-sommerdag» – et treffende bilde på en årstid som varer svært kort, men som forandrer hele atmosfæren .

Webb så kjemien endre seg

Tidligere observasjoner med NASAs Spitzer-romteleskop viste hvordan varmen bygget seg opp. Spitzer fulgte systemet i 30 timer under en nærpassering og registrerte endringer i planetens infrarøde stråling. Dataene tydet på en global varmebølge som senere kunne utløse en enorm storm .

Webb kunne gå et skritt videre. Ved hjelp av NIRSpec, teleskopets nærinfrarøde spektrograf, observerte forskerne planeten gjennom et 21-timers vindu rundt formørkelsen som skjer like før den nærmeste passeringen .

Et spektrum er i praksis et kjemisk fingeravtrykk: Ulike molekyler absorberer bestemte bølgelengder av lys. Før planeten nådde det varmeste punktet, lignet spekteret på en nesten jevn varmekurve, eller et svartlegemespektrum. Etter hvert som oppvarmingen tiltok, dukket tydelige molekylære signaler opp .

Forskerne fant:

• Metan (CH₄): påvist etter nærpasseringen med en signifikans på 3,7–4,8 sigma, avhengig av tidspunktet .
• Karbonmonoksid (CO): påvist med 3,4 sigma .
• Vanndamp (H₂O): påvist med 3,1 sigma .

Funnene viser at atmosfæren ikke bare blir varmere. Den gjennomgår også en tidsavhengig kjemisk endring mens planeten beveger seg gjennom den mest intense delen av banen.

Ingen tydelig termisk inversjon

Observasjonene utfordrer også en forventning fra enkelte modeller. Forskerne fant ikke tegn til en sterk termisk inversjon – et atmosfærelag der temperaturen øker jo høyere opp man kommer . Slike lag er observert eller forventet på andre sterkt bestrålte varme Jupitere.

En mulig forklaring er at oppvarmingen på HD 80606 b er for kortvarig til å bygge opp et stabilt inversjonslag. Det kan også hende at atmosfæriske bevegelser fordeler varmen så effektivt at laget ikke rekker å dannes. Webb-dataene gir dermed nye grenser for modellene som skal beskrive vær, kjemi og varmetransport på ekstreme gassplaneter.

Fra temperaturmåling til atmosfærisk film

Spitzer viste først hvor raskt planeten kunne varmes opp. Webb gjør det mulig å undersøke hva som skjer med selve atmosfærekjemien. Forskerne beskriver at planetens effektive temperatur kan stige fra rundt 400 kelvin til over 1 400 kelvin på bare noen timer .

Den raske endringen ventes å skape sjokkbølger, kraftig turbulens og kompliserte vindsystemer. HD 80606 b fungerer derfor som et naturlig laboratorium for prosesser som er vanskelige å studere i vårt eget solsystem.

Resultatet viser også hvorfor god planlegging på bakken var avgjørende. Et globalt nettverk av teleskoper forbedret beregningene av planetens bane og gjorde det mulig å time Webbs observasjoner med få minutters usikkerhet . Uten denne presisjonen kunne teleskopet ha gått glipp av den korte perioden da planeten passerte gjennom den mest dramatiske delen av «sommersesongen».

NASA beskriver spektroskopi som et sentralt verktøy for å undersøke atmosfærene til planeter utenfor solsystemet. Når Webb analyserer hvordan lys absorberes eller sendes ut, kan teleskopet identifisere molekyler og undersøke hvordan atmosfærer utvikler seg under svært ulike forhold .

HD 80606 b er derfor mer enn en merkelig gasskjempe langt borte. Den gir astronomene et tidsoppløst bilde av en atmosfære som forandrer seg på timer – en klimasyklus så voldsom at jordens klima virker nesten stillestående i sammenligning.