JWST odkrywa „zombie planetę” krążącą wokół martwej gwiazdy – to może być przyszłość Jowisza

Planeta wielkości Jowisza, nazwana WD 1856 b, krąży wokół białego karła oddalonego o 80 lat świetlnych – martwej gwiazdy, która dawno wyczerpała swoje paliwo jądrowe. Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), astronomowie potwierdzili, że ta egzoplaneta jest najzimniejszym światem, z którego kiedykolwiek bezpośrednio wykryto emitowane światło. Jej atmosfera jest bogata w metan i spowita gęstymi mgłami. Samo jej istnienie daje rzadką możliwość spojrzenia na możliwą przyszłość naszego Układu Słonecznego.

Najzimniejsza egzoplaneta, z której bezpośrednio wykryto światło

WD 1856 b nie jest planetą, która trafia na nagłówki gazet ze względu na swoje palące gorąco. Przy temperaturze 186 kelwinów (–87°C) jest to najzimniejsza egzoplaneta, z której kiedykolwiek bezpośrednio zaobserwowano światło . Instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) na Teleskopie Webba wykrył słabą poświatę termiczną planety, potwierdzając, że jest to pierwsza tranzytująca planeta znana krążąca wokół białego karła . Detekcja, dokonana z istotnością statystyczną 5,7 sigma, ograniczyła również masę planety do nie więcej niż sześciu mas Jowisza .

Przed tym odkryciem żadna egzoplaneta zimniejsza niż 275 kelwinów nie została bezpośrednio sfotografowana w świetle widzialnym .

Atmosfera jak z Tytana: metan i mgły

Gdy astronomowie przeanalizowali światło przechodzące przez atmosferę WD 1856 b podczas jej tranzytów, znaleźli wyraźne oznaki metanu (CH₄) i gęstych aerozoli – mgieł, które rozpraszają krótsze długości fal . Ta kombinacja nadaje planecie charakterystyczny pomarańczowo-brązowy kolor, podobny do księżyca Saturna, Tytana.

Obecność metanu jest znacząca. Jest to cząsteczka, która jest stosunkowo szybko niszczona przez promieniowanie gwiazdowe, więc jej wykrycie sugeruje, że atmosfera planety jest albo stale uzupełniana, albo warstwy mgły ją chronią . Naziemne widma transmisyjne z teleskopów GTC i Gemini były wcześniej pozbawione cech charakterystycznych i szare, prawdopodobnie dlatego, że te mgły maskowały wszelkie linie widmowe . Czułość Webba w podczerwieni przebiła się przez tę mgłę.

Zatwierdzono dedykowany program JWST NIRSpec Prism (8 godzin, 4 tranzyty), który ma uzyskać pierwsze precyzyjne widmo transmisyjne tej planety krążącej wokół gwiazdy po ciągu głównym, koncentrując się na wykrywaniu metanu, wody, dwutlenku węgla, tlenku węgla i amoniaku z wysokim stosunkiem sygnału do szumu .

Jak planeta przetrwała śmierć gwiazdy?

To najbardziej niezwykła część tej historii. WD 1856 b okrąża swojego białego karła raz na 1,4 dnia – niezwykle ciasna orbita. Ale białe karły to zapadnięte jądra gwiazd, które niegdyś były czerwonymi olbrzymami. Jak planeta wielkości Jowisza uniknęła pochłonięcia, gdy jej gwiazda rozdęła się do postaci czerwonego olbrzyma?

Odpowiedź brzmi: planeta pierwotnie krążyła daleko od swojej gwiazdy. Kiedy gwiazda rozszerzyła się do czerwonego olbrzyma, jej zewnętrzna otoczka nie sięgnęła pierwotnej, szerokiej orbity planety. Gdy gwiazda zrzuciła swoje zewnętrzne warstwy i zapadła się w białego karła, interakcje grawitacyjne z innymi ciałami lub siły pływowe wciągnęły planetę na jej obecną ciasną orbitę . Innymi słowy, planeta migrowała do wewnątrz dopiero po tym, jak niebezpieczeństwo minęło.

Dlaczego jej atmosfera jest „niespodziewanie ciepła”

Temperatura 186 K nie jest „ciepła” w potocznym znaczeniu. Zaskoczenie polega na tym, że planeta w ogóle zachowała znaczącą atmosferę po gwałtownej ewolucji po zakończeniu życia gwiazdy. Przyćmiony biały karzeł zapewnia prawie żadne ciepło, więc ciepło planety pochodzi z resztkowego ciepła wewnętrznego z jej formowania się i z ogrzewania pływowego – wystarczająco, aby zapobiec całkowitemu zamarznięciu atmosfery .

Co to oznacza dla losu Jowisza i Saturna

Przetrwanie WD 1856 b ma bezpośrednie implikacje dla naszego Układu Słonecznego. Za miliardy lat, gdy Słońce stanie się czerwonym olbrzymem, a następnie białym karłem, Jowisz i Saturn (krążące w odległości 5–10 j.a.) mogą podobnie przetrwać fazę pochłonięcia, migrować do wewnątrz i przetrwać jako „planety zombie” krążące wokół martwego Słońca .

Ziemia i inne planety wewnętrzne prawie na pewno zostaną pochłonięte przez rozszerzające się Słońce. Tylko gazowe olbrzymy mają realną szansę na przetrwanie jako planety-szczątki – to budzący respekt, ale naukowo niezwykle istotny wgląd, możliwy dzięki temu jednemu zamarzniętemu światu oddalonemu o 80 lat świetlnych.