Δύο μυστηριώδεις «ουρές ηλίου» γύρω από έναν υπέρθερμο εξωπλανήτη αποκαλύπτει το James Webb

Αστρονόμοι, αξιοποιώντας τις δυνατότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, κατέγραψαν ένα εντυπωσιακό και μέχρι σήμερα ανεξήγητο φαινόμενο σε έναν μακρινό «θερμό Δία», έναν πλανήτη που έχει προσελκύσει το έντονο ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας λόγω των ακραίων συνθηκών που επικρατούν σε αυτόν.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο πλανήτης διαθέτει δύο εξαιρετικά εκτεταμένες ουρές από ήλιο, η προέλευση και η δυναμική των οποίων εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο μελέτης.

Τα ευρήματα, που δημοσιεύονται στην επιθεώρηση Nature Communications, βασίζονται στην πρώτη ολοκληρωμένη παρατήρηση αερίων που διαφεύγουν από την ατμόσφαιρα εξωπλανήτη καθ’ όλη τη διάρκεια μιας πλήρους τροχιάς του.

Η μελέτη προσφέρει την πληρέστερη έως σήμερα εικόνα για τη διαδικασία απώλειας ατμόσφαιρας σε πλανήτες εκτός του ηλιακού μας συστήματος, φωτίζοντας κρίσιμες πτυχές της εξέλιξής τους.

Ο εξωπλανήτης που βρέθηκε στο επίκεντρο της έρευνας είναι ο WASP-121b, γνωστός στους επιστήμονες και ως «Τύλος», από το αρχαιοελληνικό όνομα του Μπαχρέιν, το οποίο την εποχή του Μεγάλου Αλεξάνδρου αποτελούσε σημαντικό εμπορικό κόμβο για τα μαργαριτάρια.

Βρίσκεται σε απόσταση περίπου 900 ετών φωτός από τη Γη και ανήκει στην κατηγορία των λεγόμενων «υπέρθερμων Δία», δηλαδή γιγάντιων αερίων πλανητών που κινούνται σε εξαιρετικά μικρή απόσταση από το μητρικό τους άστρο, ολοκληρώνοντας μια πλήρη περιφορά σε ελάχιστο χρόνο.

Στην περίπτωση του WASP-121b, η τροχιά γύρω από το άστρο του διαρκεί μόλις 30 ώρες. Η εγγύτητα αυτή τον εκθέτει σε έντονη ακτινοβολία, η οποία θερμαίνει την ατμόσφαιρά του σε θερμοκρασίες που αγγίζουν τους 2.300 βαθμούς Κελσίου.

Υπό αυτές τις συνθήκες, ελαφρά αέρια στοιχεία, όπως το υδρογόνο και το ήλιο, αποκτούν αρκετή ενέργεια ώστε να διαφεύγουν στο Διάστημα. Η διαδικασία αυτή είναι αργή και εκτείνεται σε χρονικές κλίμακες εκατομμυρίων ετών, επηρεάζοντας σταδιακά το μέγεθος, τη χημική σύσταση και τη μελλοντική πορεία του πλανήτη.

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες είχαν εντοπίσει ενδείξεις αυτής της διαφυγής κυρίως κατά τις λεγόμενες διαβάσεις, όταν ένας εξωπλανήτης περνά μπροστά από το άστρο του, περιορίζοντας όμως την παρατήρηση σε λίγες μόνο ώρες. Αυτό άφηνε ανοιχτό το ερώτημα αν η απώλεια ατμόσφαιρας συνεχίζεται και πέρα από το σύντομο αυτό χρονικό παράθυρο.

Οι νέες παρατηρήσεις, που πραγματοποιήθηκαν με το φασματόμετρο εγγύς υπερύθρου NIRSpec του James Webb και διήρκεσαν περίπου 37 συνεχόμενες ώρες, έδωσαν για πρώτη φορά μια συνεχή και λεπτομερή καταγραφή της παρουσίας και της συμπεριφοράς του ηλίου σε έναν εξωπλανήτη καθ’ όλη τη διάρκεια της τροχιάς του.

Όπως επισημαίνει ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, Ρομέν Αλάρ από το Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ, η διάρκεια της διαφυγής του ηλίου ξεπέρασε κάθε προσδοκία, αποκαλύπτοντας την πολυπλοκότητα των φυσικών διεργασιών που διαμορφώνουν τις ατμόσφαιρες αυτών των μακρινών κόσμων και τη στενή τους αλληλεπίδραση με το αστρικό περιβάλλον.

Το ήλιο αποτελεί βασικό δείκτη απώλειας ατμόσφαιρας στους εξωπλανήτες και η υψηλή ευαισθησία του James Webb επιτρέπει την ανίχνευσή του ακόμη και σε τόσο μεγάλες αποστάσεις. Αναλύοντας το φως που απορροφούν τα άτομα του ηλίου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το αέριο νέφος γύρω από τον WASP-121b εκτείνεται πολύ πέρα από τα όρια του ίδιου του πλανήτη.

Το σχετικό σήμα παρέμεινε ανιχνεύσιμο για περισσότερο από το μισό της τροχιάς του, καταγράφοντας τη μακρύτερη συνεχόμενη παρατήρηση διαφυγής ατμόσφαιρας που έχει πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι το ήλιο που απομακρύνεται από τον πλανήτη δεν σχηματίζει μία, αλλά δύο διακριτές ουρές. Η μία εκτείνεται πίσω από τον WASP-121b, ωθούμενη από την ακτινοβολία και τους αστρικούς ανέμους του άστρου του, ενώ η δεύτερη προηγείται του πλανήτη στην τροχιά του και φαίνεται να κατευθύνεται προς τα εμπρός, πιθανότατα υπό την επίδραση της βαρυτικής έλξης του ίδιου του άστρου.

Το διπλό αυτό σχήμα προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο πολυπλοκότητας στην κατανόηση της ατμοσφαιρικής διαφυγής και ανοίγει νέους δρόμους για τη μελέτη των εξωπλανητικών συστημάτων.