Naukowcy nie mogli uwierzyć własnym oczom, gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba przesłał na Ziemię dane dotyczące obiektu PSR J2322-2650b. To egzoplaneta, która łamie niemal wszystkie zasady formowania się ciał niebieskich. Nie wiemy jak powstała, nie wiemy nawet, czy to na pewno jest planeta.
Kiedy NASA uruchamiała Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), spodziewaliśmy się pięknych zdjęć mgławic i zaglądania w przeszłość wszechświata. Jednak to, co Webb właśnie znalazł w systemie odległym od nas, to prawdziwa zagadka kryminalna dla astrofizyków.
Naukowcy korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba należącego do NASA zaobserwowali rzadki typ egzoplanety, czyli planety spoza naszego Układu Słonecznego.
Oficjalnie nazwany PSR J2322-2650b, obiekt o masie Jowisza ma niespotykaną dotąd, egzotyczną atmosferę zdominowaną przez hel i węgiel. W powietrzu unoszą się tam chmury sadzy, a głęboko we wnętrzu planety chmury węgla mogą się kondensować i tworzyć diamenty, które spadają jak deszcz. Historia powstania planety pozostaje tajemnicą.
Artykuł opisujący wyniki badań ukazał się w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.
To było absolutne zaskoczenie. Pamiętam, iż po zebraniu danych nasza wspólna reakcja brzmiała: »Co to, u licha, jest?«. To zupełnie co innego, niż się spodziewaliśmy – powiedział współautor badania, Peter Gao z Carnegie Earth and Planets Laboratory w Waszyngtonie.
Rok krótszy niż dzień w pracy
Wiadomo, iż egzoplaneta PSR J2322-2650b krąży wokół pulsara, czyli gwałtownie wirującej gwiazdy neutronowej. Pulsar emituje wiązki promieniowania elektromagnetycznego w regularnych odstępach czasu, zwykle trwających od milisekund do sekund. Wiązki te można zobaczyć tylko wtedy, gdy są skierowane bezpośrednio w stronę Ziemi, podobnie jak promienie z latarni morskiej.
Koncepcja artystyczna przedstawia, jak może wyglądać egzoplaneta PSR J2322-2650b (po lewej) krążąca wokół gwałtownie wirującej gwiazdy neutronowej zwanej pulsarem (po prawej). Z biegunów magnetycznych pulsara emitowane są dwie wiązki radiowe, które wirują niczym wiązka światła z latarni morskiej. Siły grawitacyjne znacznie cięższego pulsara rozciągają planetę o masie Jowisza do kształtu cytryny. Ilustracja: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)PSR J2322-2650b znajduje się niezwykle blisko swojej gwiazdy, zaledwie 1,6 mln km. Dla porównania odległość Ziemi od Słońca wynosi około 160 mln km. Ze względu na wyjątkowo ciasną orbitę, cały rok egzoplanety, czas potrzebny na okrążenie gwiazdy, wynosi zaledwie 7,8 godz. Siły grawitacyjne znacznie cięższego pulsara rozciągają więc planetę o masie Jowisza do dziwacznego kształtu cytryny.
Atmosfera jak z innego wszechświata
Planeta krąży wokół zupełnie osobliwej gwiazdy o masie Słońca, ale wielkości miasta. Sama planeta ma nowy rodzaj atmosfery, którego nikt wcześniej nie widział. Zamiast normalnych cząsteczek, których spodziewamy się na egzoplanecie takich jak woda, metan i dwutlenek węgla zobaczyliśmy węgiel cząsteczkowy, a konkretnie C3 i C2 – powiedział Michael Zhang z Uniwersytetu Chicagowskiego.
Węgiel cząsteczkowy jest bardzo nietypowy, ponieważ w tych temperaturach, jeżeli w atmosferze znajdują się inne rodzaje atomów, węgiel będzie się z nimi wiązał. Temperatury na planecie wahają się od 648 stopni Celsjusza w najzimniejszych punktach nocnej strony do 2593 stopni Celsjusza w najgorętszych punktach dziennej strony.
Węgiel cząsteczkowy dominuje tylko wtedy, gdy w atmosferze nie ma prawie tlenu ani azotu. Spośród około 150 planet badanych przez astronomów wewnątrz i na zewnątrz Układu Słonecznego, żadna inna nie ma wykrywalnego węgla cząsteczkowego.
Gwiazda-morderca i jej ofiara
Razem, gwiazda i egzoplaneta mogą być uważane za układ czarnej wdowy. Układy czarnej wdowy to rzadki typ układu podwójnego, w którym gwałtownie wirujący pulsar jest sparowany z małym, małomasywnym gwiezdnym towarzyszem. W przeszłości materia z towarzysza spływała na pulsar, powodując jego szybsze obroty, co powodowało silny wiatr. Ten wiatr i promieniowanie bombardowały i odparowywały mniejszego i mniej masywnego towarzysza. Podobnie jak pająk, od którego pochodzi jego nazwa, pulsar powoli pochłania swojego nieszczęsnego towarzysza.
Jednak w tym przypadku towarzysz jest oficjalnie uznawany za egzoplanetę, a nie gwiazdę. Międzynarodowa Unia Astronomiczna definiuje egzoplanetę jako ciało niebieskie o masie mniejszej niż 13 mas Jowisza, krążące wokół gwiazdy, brązowego karła lub pozostałości gwiezdnej, takiej jak pulsar.
Więcej na Spider’s Web:
Spośród 6000 znanych egzoplanet, ta jest jedyną przypominającą gazowego olbrzyma (o masie, promieniu i temperaturze zbliżonej do gorącego Jowisza) krążącego wokół pulsara. Tylko kilka pulsarów ma planety.
Czy to coś powstało jak normalna planeta? Nie, ponieważ jego skład jest zupełnie inny. Czy powstało poprzez odarcie gwiazdy z zewnętrznej warstwy, tak jak powstają normalne układy czarnych wdów? Prawdopodobnie nie. Bardzo trudno sobie wyobrazić, jak powstaje ten niezwykle wzbogacony w węgiel skład. Wydaje się, iż wyklucza to każdy znany mechanizm formowania – powiedział Zhang.
PSR J2322-2650b to dowód, iż Wszechświat wciąż potrafi nas zaskakiwać, choćby w epoce teleskopów zdolnych zaglądać w atmosfery odległych światów. Ta planeta nie tylko łamie schematy, ale wręcz je ignoruje, zmuszając naukowców do przemyślenia podstawowych założeń o tym, jak rodzą się i ewoluują planety.
