Dosud vědci objevili více než 5 000 exoplanet v jiných slunečních systémech, avšak teprve nyní byla nalezena planeta s přesvědčivými důkazy o významné atmosféře. Co víc, tato planeta se nachází velmi blízko své hvězdě, v oblasti, kde jsou tradičně považovány teploty za příliš vysoké pro stabilní existenci atmosféry.

Atmosférický scénář

Planeta TOI-561 obíhá kolem oranžové trpasličí hvězdy, která je o něco menší a méně horká než naše slunce, nacházející se přibližně 275 světelných let od nás ve souhvězdí Sextant. Tato hvězda je výrazně starší než naše slunce s věkem odhadovaným na přibližně 10 miliard let. V roce 2020 vědci, kteří analyzovali data z teleskopu TESS, odhalili, že kolem této hvězdy obíhá alespoň tři planety.

Nejvíce pozornosti přilákala planeta TOI-561b, která je nejblíže hvězdě. Podle dostupných údajů se jedná o kamenitou exoplanetu, která je pouze o něco větší než Země. Tato planeta obíhá svou hvězdu přibližně stokrát blíže než Země k našemu slunci a oběhne ji během pouhých 11 hodin. To znamená, že teploty na její povrchu mohou dosáhnout přibližně 2 700 stupňů Celsia, alespoň na straně obrácené k hvězdě. Vědci se domnívají, že planeta se nachází v tzv. „tide-lock“ spojení se svou hvězdou, což znamená, že jedna strana planety je stále otočena k hvězdě, podobně jako měsíc k Zemi.

Pozorování pomocí teleskopu Jamese Webba

Mezinárodní tým vědců, vedený astrofyziky z USA a Velké Británie, využil teleskop Jamese Webba k prozkoumání možné existence atmosféry na této planetě. Vzhledem k tomu, že planeta je tak blízko své hvězdě, je téměř nemožné přímo zkoumat, zda má atmosféru, nebo se pokusit identifikovat její složení. Nicméně vědci hledali důkazy o atmosféře alternativními metodami.

Využili spektrometr z teleskopu k odhadu teploty na straně planety obrácené k hvězdě. Pokud se skutečně ohřívá přímo, měla by jeho teplota být přibližně 2 700 stupňů. Avšak pokud má planeta atmosféru, která rozptyluje teplo a přenáší část energie na odvrácenou stranu planety, teplota by mohla být nižší. Skutečně, podle měření zveřejněného minulý víkend má strana planety obrácená k hvězdě teplotu přibližně 1 800 stupňů Celsia. Toto je stále teplota, která roztaví skalní materiály, avšak mnohem nižší než původní předpoklad v případě absence atmosféry.

Možné scénáře pro existenci atmosféry

Aby potvrdili tento odhad, připravili vědci tři možné scénáře: v prvním není žádná atmosféra, přičemž teplo může být alespoň částečně přenášeno magmatickým oceánem – tavenými horninami. V takovém scénáři by však horniny na odvrácené straně planety byly pevné, a tím by byl přenos tepla velmi omezený. Druhý scénář předpokládá, že planeta má tenkou atmosféru, převážně složenou z par roztaveného kamene, ale taková vrstva bude také očekávat mnohem nižší přenos tepla, než co bylo naměřeno.

Třetí scénář zahrnuje hustou atmosféru. „Opravdu potřebujeme hustou a bohatou atmosféru chemických látek, abychom vysvětlili všechna pozorování,“ uvedla Angélique Piette z univerzity v Birminghamu, jedna z vedoucích výzkumu. „Silné větry mohou ochlazovat osvětlenou stranu planety přenášením tepla na temnou stranu. […] Atmosféra by také mohla obsahovat jasné oblačné silikátové oxidy, které ochlazují planetu tím, že odrážejí sluneční světlo.“

Koncept podílu lávového míče

Přestože důkazy o existenci husté atmosféry na planetě TOI-561b vypadají přesvědčivě, není ještě jasné, jak může planeta udržet stabilní atmosféru tak blízko své hvězdě, kde by teploty měly způsobit značné odpařování materiálů do vesmíru. Je možné, že planeta ztrácí plyny do prostoru, ale v mnohem menším měřítku, než se očekávalo.

„Domníváme se, že existuje rovnováha mezi magmatickým oceánem a atmosférou planety. Taveniny uvolňují plyny do atmosféry, ale magmatický oceán zároveň zpětně absorbuje mnoho par a vrací je zpět na planetu,“ vysvětlil další člen výzkumného týmu, Tim Lichtenberg z univerzity v Groningenu v Nizozemsku. „Abychom vysvětlili výsledky, musí být tato planeta mnohem bohatší na chemické látky než Země. Dopravuje se takřka jako míč lávy.“

Nalezené údaje vycházejí z pozorování provedených teleskopem v květnu 2024 a trvaly téměř 37 hodin nepřetržitě, což odpovídá téměř čtyřem ročním oběžným obdobím planety TOI-561b, tedy v této době oběhla téměř čtyřikrát svou hvězdu. Vědci nadále analyzují rozsáhlá data získaná teleskopem s nadějí, že podrobnější analýza měření teploty v různých fázích oběhu nejen posílí jejich závěry, ale také odhalí složení zajímavé atmosféry.

Itaí Nevo, Davidson Institute for Scientific Education, vzdělávací oddělení Weizmann Institute of Science