טלסקופ ג’יימס ווב חושף בפירוט את האטמוספירה המהבילה של כוכב לכת רחוק

ספקטרום האור – המכיל מידע על הרכבה של אטמוספירה פלנטרית במרחק של 1,150 שנות אור – חושף חתימה ברורה של מים * עוצמת האות שווב זיהה רומזת על התפקיד המשמעותי שהטלסקופ ימלא בחיפוש אחר כוכבי לכת שעשויים להיות ראויים למגורים בשנים הקרובות

טלסקופ החלל ג’יימס ווב של נאס”א לכד את החתימה המובהקת של מים, יחד עם עדויות לעננים ולאובך, באטמוספרה המקיפה כוכב ענק חם ונפוח בגז המקיף כוכב רחוק הדומה לשמש.

התצפית, החושפת את נוכחותן של מולקולות גז ספציפיות המבוססות על ירידות זעירות בבהירות של צבעי אור מדויקים, היא המפורטת ביותר מסוגה עד כה, ומדגימה את יכולתו חסרת התקדים של ווב לנתח אטמוספרות במרחק מאות שנות אור.

בעוד שטלסקופ החלל האבל ניתח אטמוספרות רבות של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש בשני העשורים האחרונים, וצילם את הגילוי הצלול הראשון של מים בשנת 2013, התצפית המיידית והמפורטת יותר של ווב מסמנת קפיצת מדרגה ענקית במסע לאפיון כוכבי לכת שעשויים להיות ראויים לחיים מעבר לכדור הארץ.

WASP-96 b הוא אחד מיותר מ- 5,000 כוכבי לכת שהתגלו בשביל החלב. הוא ממוקם במרחק של כ- 1,150 שנות אור בקבוצת הכוכבים פיניקס שבשמיים הדרומיים, ומייצג סוג של ענק גז שאין לו כוכב לכת בר השוואה ישירה במערכת השמש שלנו. עם מסה של פחות ממחצית מזו של צדק וקוטר גדול פי 1.2 מכוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש, WASP-96 b נפוח הרבה יותר מכל כוכב לכת שמקיף את השמש שלנו. ועם טמפרטורה גבוהה מ- 1000 מעלות צלזיוס, הוא חם יותר באופן משמעותי. WASP-96 b קרוב מאוד לכוכב דמוי השמש שלו, רק תשיעית מהמרחק בין כוכב חמה לשמש, ומשלים הקפה  אחת כל שלושה וחצי ימי כדור הארץ.

השילוב של הגודל, תקופת מסלול קצרה, אטמוספירה נפוחה והיעדר אור מזהם מעצמים סמוכים בשמיים הופך את WASP-96 b למטרה אידיאלית לתצפיות אטמוספריות.

12 ימי צילום במקום חודשים אצל האבל

ב-21 ביוני, ה-Near-Infrared Imager והספקטרוגרף נטול החריצים (NIRISS) של ווב מדדו אור ממערכת WASP-96 במשך 6.4 שעות כאשר כוכב הלכת נע על פני הכוכב. התוצאה היא עקומת אור המציגה את העמעום הכולל של אור הכוכב במהלך המעבר, וספקטרום שידור החושף את שינוי הבהירות של אורכי גל בודדים של אור אינפרה-אדום בין 0.6 ל-2.8 מיקרון.

בעוד שעקומת האור מאשרת תכונות של כוכב הלכת שכבר נקבעו מתצפיות אחרות – קיומו, גודלו ומסלולו של כוכב הלכת – ספקטרום השידור חושף פרטים נסתרים קודם לכן של האטמוספרה: החתימה החד-משמעית של מים (במצב גזי כמובן), סימנים לאובך ועדויות לעננים שאי אפשר היה לגלות על סמך תצפיות קודמות.

ספקטרום שידור נוצר על ידי השוואת אור הכוכבים המסונן דרך האטמוספרה של כוכב הלכת כשהוא נע על פני הכוכב לאור הכוכב הלא מסונן. חוקרים מסוגלים לזהות ולמדוד את הרכב  גזי מפתח באטמוספירה של כוכב לכת בהתבסס על דפוס הקליטה – המיקומים והגבהים של פסגות בגרף. באותו אופן שבו לאנשים יש טביעות אצבעות ורצפי דנ”א ייחודיים, לאטומים ולמולקולות יש דפוסים אופייניים של אורכי גל שהם סופגים.

הספקטרום של WASP-96 b שנלכד על ידי NIRISS הוא לא רק ספקטרום השידור האינפרה אדום הקרוב המפורט ביותר של אטמוספירה אקסו-פלנטית שנלכדה עד כה, אלא שהוא גם מכסה מגוון רחב להפליא של אורכי גל, כולל אור אדום נראה וחלק מהספקטרום שלא היה נגיש בעבר מטלסקופים אחרים (אורכי גל שאורכם עולה על 1.6 מיקרון). חלק זה של הספקטרום רגיש במיוחד למים, כמו גם למולקולות מפתח אחרות כמו חמצן, מתאן ופחמן דו-חמצני, שלא התגלו באופן מיידי בספקטרום של WASP-96 b אך אמורות להיות ניתנות לזיהוי באקסו-פלנטות אחרות שמתוכננות  לתצפית עתידית על ידי ווב.

חוקרים יוכלו להשתמש בספקטרום כדי למדוד את כמות אדי המים באטמוספרה, להגביל את הכמויות  של יסודות שונים כמו פחמן וחמצן ולהעריך את טמפרטורת האטמוספרה בגבהים שונים. לאחר מכן הם יכולים להשתמש במידע זה כדי להסיק מסקנות על ההרכב הכולל של כוכב הלכת, כמו גם כיצד, מתי והיכן הוא נוצר. הקו הכחול על הגרף הוא מודל המתאים ביותר שלוקח בחשבון את הנתונים, את התכונות הידועות של WASP-96 b ואת הכוכב שלו (למשל, גודל, מסה, טמפרטורה), ואת המאפיינים המשוערים של האטמוספרה.

הפירוט והבהירות יוצאי הדופן של מדידות אלה אפשריים הודות לעיצוב החדשני של ווב. המראה המצופה זהב בגודל 270 מ”ר אוספת אור אינפרא אדום ביעילות. הספקטרוגרפים המדויקים שלו מפזרים את האור לקשתות של אלפי צבעי אינפרה-אדום. גלאי האינפרא אדום הרגישים שלו מודדים הבדלים עדינים ביותר בבהירות. NIRISS מסוגל לזהות הבדל  תדרים  של  כ- 50 מיקרון, והבדלים בבהירות של כמה מאות חלקים למיליון.

בנוסף, היציבות הקיצונית של ווב והמיקום המסלולי שלו סביב נקודת לגראנז’ 2 במרחק של כמיליון קילומטרים מההשפעות המזהמות של האטמוספרה של כדור הארץ יוצרים תצוגה רציפה ונתונים נקיים שניתן לנתח במהירות יחסית.

הספקטרום המפורט בצורה יוצאת דופן – שנעשה על ידי ניתוח בו-זמני של 280 ספקטרומים בודדים שנלכדו במהלך התצפית – מספק רק רמז למה שיש לווב להציע למחקר כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש. במהלך השנה הקרובה, החוקרים ישתמשו בספקטרוסקופיה כדי לנתח את המשטחים והאטמוספרות של כמה עשרות כוכבי לכת- מכוכבי לכת סלעיים קטנים ועד ענקים עשירים בגז ובקרח. כמעט רבע מזמן התצפית של מחזור 1 של ווב https://www.stsci.edu/jwst/science-execution/approved-programs/cycle-1-go מוקצה לחקר כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש והחומרים המרכיבים אותם. מחקר זה יוכל להצביע על כוכבי לכת שאולי התפתחו בהם חיים, שכן תרכובות כימיות מסוייימות נוצרות, עד כמה שידוע לנו כרגע, רק ע”י בעלי חיים.

תצפית NIRISS זו מדגימה כי לווב יש את הכוח לאפיין את האטמוספרות של אקסו-פלנטות – כולל אלה של כוכבי לכת שעשויים להיות ראויים למגורים – בפירוט מעודן.

קרדיט תמונה: נאס”א, ESA, CSA ו-STScI

לכתבה באתר נאס”א

עוד בנושא באתר הידען:

• ווב חושף בפירוט את האטמוספירה המהבילה של כוכב לכת רחוק
• ווב שופך אור על אבולוציה של גלקסיות וחורים שחורים בחמישיה של סטפן
• טלסקופ ווב של נאס”א חושף צוקים קוסמיים ואיזורי יצירת כוכבים בערפילית קארינה
• טלסקופ החלל ווב צילם את ערפילית הטבעת הדרומית: המופע האחרון של כוכב שהתפוצץ
• התצלום הרשמי הראשון של טלסקופ החלל ווב: צילום ברזולוציה הגבוהה ביותר שדה חלל עמוק