Międzynarodowy zespół astronomów pod kierunkiem Elisabeth Matthews z Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) dokonał niezwykłego odkrycia, które rzuca nowe światło na badania atmosfer planet pozasłonecznych. Po raz pierwszy udało się zaobserwować obecność chmur wodno-lodowych na odległej, przypominającej Jowisza egzoplanecie - Epsilon Indi Ab. To przełomowe osiągnięcie nie tylko poszerza naszą wiedzę o gazowych olbrzymach poza Układem Słonecznym, ale także wyznacza nowe kierunki dla przyszłych poszukiwań planet podobnych do Ziemi. Pracę na ten temat opublikowano w czasopiśmie "Astrophysical Journal Letters".
Badania planet pozasłonecznych fascynują naukowców na całym świecie od ponad trzech dekad. Od czasu pierwszych odkryć egzoplanet, najpierw krążących wokół pulsarów, a potem też gwiazd podobnych do Słońca, astronomowie nieustannie rozwijają metody detekcji i analizy tych odległych światów. Początkowo skupiano się na wykrywaniu coraz większej liczby planet, głównie za pomocą pośrednich technik, które pozwalały określić ich masę lub średnicę.
Prawdziwą rewolucję przyniosło uruchomienie w 2022 roku Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Dzięki jego aparaturze możliwe stało się szczegółowe badanie atmosfer wielu egzoplanet, co pozwoliło naukowcom na lepsze zrozumienie ich właściwości. Choć do bezpośredniego poszukiwania śladów życia na planetach podobnych do Ziemi wciąż potrzebne są bardziej zaawansowane instrumenty, obecne osiągnięcia stanowią ważny krok na tej drodze.
Egzoplaneta Epsilon Indi Ab znajduje się w Gwiazdozbiorze Indianina, w odległości około czterech jednostek astronomicznych od swojej gwiazdy macierzystej - Epsilon Indi A, która jest nieco mniej masywna i chłodniejsza od naszego Słońca. Sama planeta jest znacznie masywniejsza od Jowisza - jej masa to aż 7,6 mas Jowisza, choć średnica pozostaje zbliżona do rozmiarów gazowego olbrzyma z Układu Słonecznego.
Temperatura powierzchniowa Epsilon Indi Ab wynosi od 200 do 300 kelwinów, czyli od -70 do +20 stopni Celsjusza. To nieco więcej niż w przypadku Jowisza, co tłumaczy się wciąż utrzymującym się ciepłem z okresu formowania się planety. W ciągu kolejnych miliardów lat planeta będzie stopniowo stygnąć, aż stanie się jeszcze chłodniejsza niż Jowisz.
Dotychczas badania atmosfer egzoplanet skupiały się głównie na gorących gazowych olbrzymach, które łatwiej obserwować, gdyż często przechodzą przed tarczą swojej gwiazdy, umożliwiając analizę ich atmosfery metodą tranzytu. Jednak Epsilon Indi Ab nie należy do tej grupy - jej orbita jest znacznie bardziej odległa, a sama planeta chłodniejsza.
Aby uzyskać szczegółowe dane, zespół Matthews wykorzystał instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) na pokładzie JWST, stosując koronograf do zablokowania światła gwiazdy i umożliwienia bezpośredniej obserwacji planety. Obserwacje prowadzono przy długości fali 11,3 mikrometra, co pozwoliło na analizę obecności amoniaku w atmosferze planety. Porównanie z wcześniejszymi zdjęciami wykonanymi przy długości fali 10,6 mikrometra umożliwiło oszacowanie ilości tego związku chemicznego.
Wyniki obserwacji okazały się zaskakujące. Wbrew wcześniejszym przewidywaniom, ilość amoniaku w atmosferze Epsilon Indi Ab była mniejsza, niż oczekiwano. Najlepszym wyjaśnieniem tego zjawiska okazała się obecność grubych, choć nierównomiernie rozmieszczonych chmur wodno-lodowych, przypominających wysokie chmury cirrus w ziemskiej atmosferze. To pierwsza taka detekcja na egzoplanecie typu Jowisz, która otwiera nowe perspektywy dla modelowania atmosfer planet pozasłonecznych. Dotychczasowe modele teoretyczne często pomijały obecność chmur, gdyż ich uwzględnienie znacząco komplikuje obliczenia. Najnowsze odkrycie pokazuje jednak, że bez ich uwzględnienia nie da się w pełni zrozumieć złożoności atmosfer gazowych olbrzymów.
Już w najbliższych latach, dzięki planowanemu wkrótce startowi Kosmicznego Teleskopu Nancy Grace Roman, możliwe będzie jeszcze dokładniejsze badanie takich struktur chmurowych. Instrumenty tego teleskopu pozwolą na bezpośrednią obserwację światła odbitego od chmur, co umożliwi precyzyjne określenie ich składu i rozmieszczenia.