JWST našiel metán v atmosfére exoplanéty

Ak existuje nejaká chemická látky, ktorá spôsobuje pri hľadaní biologických podpisov na iných svetoch vzrušenie, tak je to práve metán. Samozrejme, objav metánu neznamená automaticky prítomnosť života, nakoľko metán sa môže tvoriť bioticky a aj abioticky. Ale nájsť ho v atmosfére exoplanéty znamená, že si taká planéta zasluhuje podrobnejšie štúdium.

Metán priťahuje pozornosť vedcov hlavne kvôli jeho krátkej prítomnosti v planetárnej atmosfére. Metán nedokáže dlho odolávať svetelnému žiareniu hviezd, aspoň nie v atmosférach zemského typu. Ľahko podľahne fotodisociácii a je potrebné ho do atmosféry neustále dopĺňať, aby sa zachovala jeho prítomnosť. Ak má skalnatá planéta veľa metánu, potom zdroj musí byť pomerne masívny, čo znamená, že pravdepodobnosť biologického zdroja sa zvyšuje. Napríklad na Zemi biologická aktivita vytvára obrovské množstvá metánu, nakoľko metabolická produkcia metánu je veľmi jednoduchá. Metán je bežný aj v našej Slnečnej sústave. Podľa vedcov je ale abiotického pôvodu. Tvorbu metánu okrem iného produkuje aj proces nazvaný serpentinizácia. Serpentinizácia je prirodzený, abiotický proces tvorby metánu, pričom do reakcií vstupuje voda, oxid uhličitý a minerál olivín. Olivín je bežný na Zemi a je jednou z hlavných zložiek horného plášťa našej planéty. Objavený bol aj na Mesiaci, na Marse a na niektorých asteroidoch.

Vesmírny teleskop Jamesa Webba zistil prítomnosť metánu v atmosfére WASP-80b. WASP-80b je plynný obor, ktorý je o polovicu hmotnejší ako planéta Jupiter, obieha okolo hviezdy hlavnej postupnosti typu K, starej asi 1,5 miliardy rokov. Planéta WASP 80 je vzdialená od Zeme približne 162 svetelných rokov a je jedinou planétou, ktorá bola doteraz zistená v tejto hviezdnej sústave.

Namerané tranzitné spektrum (hore) a spektrum zatmenia (dole) planéty WASP-80 b získané prístrojom NIRCam JWST. V oboch spektrách vidieť jasné dôkazy o absorpcii vodou a metánom (BAERI / NASA / Taylor Bell.).

Keďže je WASP-80b plynný obor, je prítomnosť života v podstate vylúčená, s výnimkou niektorých extrémnych sci-fi scenárov. Ale serpentinizácia olivínu, najznámejšieho abiotického zdroja metánu, je tiež vylúčená, pretože WASP-80b nie je kamenná planéta. Nájsť zdroj metánu bude preto veľmi zaujímavé. Je to čiastočne aj preto, že môžeme porovnať exoplanétu s atmosférou planéty Urán a Neptún, ktoré tiež obsahujú metán. To nám môže pomôcť lepšie pochopiť budúcu detekcie produkcie metánu. WASP-80b patrí medzi „teplé“ Jupiteri. Jeho teplota dosahuje približne 550 °C, pre porovnanie, náš Jupiter má teplotu približne 112 °C.

Tri Jupiteri: Náš Jupiter (L) je chladný Jupiter. WASP-80b (M) je teplý Jupiter a HD 209458 b je horúci Jupiter. (Laboratórium aplikovanej fyziky NASA / Johns Hopkins University / Juhozápadný výskumný ústav)

V exoplanetárnych atmosférach bola prítomnosť metánu zaznamenaná len sporadicky. Nedostatok detekcií viedlo vedcov k názoru, že metán sa z exoplanetárnych atmosfér jednoducho „vyparil“ a to pod vplyvom vysokej metalicity, vysokého vnútorného tepelného toku z vnútra planéty, resp. inými mechanizmami. Keďže momentálne JWST zistil prítomnosť metánu v atmosfére planéty WASP-80b, vyvoláva to otázku, do akej miery boli doterajšie detekcie ovplyvnené pokrytím spektra prístrojov nižšej úrovne ako je HST alebo Spitzer. Astronómovia budú preto pokračovať v štúdiu viacerých extrasolárnych atmosfér, aby sme postupne zistili viac o výskyte metánu, jeho tvorbe a prípadných biologických podpisoch tejto látky.

Svetelná krivka tranzitu (L) a zatmenia (R) WASP-80b pomocou prístroja NIRCam JWST. Všimnite si, že chybové úsečky v paneli c sú menšie ako veľkosť bodu. To dokazuje silnú detekciu. (Bell et al. 2023)

Objav exoplanét s metánom v ich atmosfére nám pomáha pochopiť aj našu vlastnú Slnečnú sústavu a procesy prebiehajúce na veľkých planétach. Porovnaním toho, čo vidíme na vzdialených svetoch a toho čo vidíme v našej Slnečnej sústave budeme vedieť viac povedať o vývoji planét v našej Slnečnej sústave ako aj mimo nej. Meraním množstva metánu spolu s vodou môžeme zároveň zistiť ako a kde daná planéta vznikla. Napríklad meraním množstva metánu a vody na planéte môžeme odvodiť pomer atómov uhlíka k atómom kyslíka. Tento pomer sa bude meniť v závislosti od toho, kde a kedy sa v hviezdnom systéme sformovali planéty, či to bolo napríklad v blízkosti hviezdy alebo vo vzdialenejších častiach sústavy a príslušná planéta následne migrovala do vnútorných častí hviezdnej sústavy.

Snímka získaná sondou Voyager 2 v roku 1980 počas preletov okolo planéty Urán (vľavo) a Neptún (vpravo). Obe planéty obsahujú v atmosférach metán, vďaka čomu vyzerajú modro. Atmosféra Uránu obsahuje asi 2,3 % metánu, Neptún obsahuje asi 1,5% metánu. (NASA / JPL / Caltech)

Budúce pozorovania exoplanéty WASP-80b budú vykonávané prístrojmi MIRI (Mid-Infrared Instrument) a NIRCam (Near-Infrared Camera), ktoré budú planétu skúmať v rôznych vlnových dĺžkach. Výsledkom by mohla byť detekcia uhlíka a jeho zlúčenín, ako je oxid uhoľnatý a oxid uhličitý. Zatiaľ čo metán púta pozornosť širokej verejnosti kvôli jeho spojeniu s biológiou, tento výskum nám ukazuje ďalšiu stránku metánu. Môže nám pomôcť pochopiť, ako a kde sa niektoré planéty vytvorili a či migrovali. Detekcie metánu na exoplanétach nám pomôžu lepšie pochopiť atmosféry exoplanét. Môžu nám dokonca pomôcť pochopiť našu vlastnú Slnečnú sústavu, o ktorej máme stále toľko otázok.

Autor: R.Mikušinec

Zdroj: UniverseToday