W rozwoju, który zmusza astronomów do korekty modeli i być może również oczekiwań, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykrył lodowe chmury wodne na odległym gazowym olbrzymie. Odkrycia dokonał zespół pod kierownictwem Elisabeth Matthews z Instytutu Astronomii Maxa Plancka (MPIA) na planecie Epsilon Indi Ab, odpowiedniku Jowisza, który okazuje się bardziej złożony, niż mu przyznawaliśmy.

To znaczący krok w długim, powolnym marszu od samego znajdowania egzoplanet do faktycznego ich rozumienia. Przez dekady, od 1995 do około 2022 roku, gra polegała po prostu na odkrywaniu za pomocą metod pośrednich. Start JWST w 2022 roku to zmienił, umożliwiając szczegółowe badania atmosfer, choć do sprawdzania obcych tabliczek na trawnikach brakuje nam jeszcze kilku teleskopów.

Jak z godną podziwu perspektywą ujęła to główna autorka, Elisabeth Matthews: "JWST wreszcie pozwala nam szczegółowo badać planety analogiczne do tych z Układu Słonecznego. Gdybyśmy byli obcymi, oddalonymi o kilka lat świetlnych, i patrzyli w stronę Słońca, JWST jest pierwszym teleskopem, który pozwoliłby nam szczegółowo zbadać Jowisza." Implikacja jest oczywiście taka, że szczegółowe badanie Ziemi wymagałoby technologii, której jeszcze nie wynaleźliśmy, co prawdopodobnie jest dla naszego dobra.

Badanie prawdziwie jowiszowych planet było trudne, ponieważ najłatwiejsza metoda wymaga, aby przechodziły one przed swoją gwiazdą, co faworyzuje gorące, bliskie gazowe olbrzymy. Zespół Matthews obejrzał ten problem, bezpośrednio obrazując Epsilon Indi Ab za pomocą instrumentu średniej podczerwieni MIRI na JWST. Planeta, orbitująca wokół gwiazdy Epsilon Indi A w gwiazdozbiorze Indianina, to tęgi osobnik o masie 7,6 Jowisza, ale podobnej średnicy. Orbituje około cztery razy dalej od swojej nieco chłodniejszej gwiazdy niż Jowisz od Słońca, co daje jej temperaturę powierzchniową między 200 a 300 Kelwinów (-70 do +20 °C). To cieplej niż 140 K Jowisza, pozostałe ciepło z formacji, które będzie powoli rozpraszać się przez miliardy lat.

Zespół użył koronografu na MIRI, aby zablokować światło gwiazdy i uchwycił obrazy przy 11,3 μm, tuż poza długością fali związanej z amoniakiem. Porównując je z obrazami z 2024 roku przy 10,6 μm, mogli oszacować poziom amoniaku. Sprzęt zbudowany przez MPIA zasługuje tu na ukłon.

Niespodzianka? Górna atmosfera Jowisza jest zdominowana przez gazowy amoniak i chmury. Oczekiwano, że Epsilon Indi Ab będzie miał dużo gazowego amoniaku, ale nie chmur. Zamiast tego obserwacje wykazały mniej amoniaku niż przewidywano. Wiodące wyjaśnienie? Gęste, nieregularne lodowe chmury wodne, podobne do ziemskich chmur cirrus, stają na przeszkodzie.

To stwarza uroczy problem dla astronomów, których modele komputerowe często upraszczają sprawy, ignorując chmury, ponieważ są trudne do symulacji. Współautor James Mang z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin nazwał to "świetnym problemem do posiadania", zauważając, że JWST ujawnia złożoność, którą modele dopiero "zaczynają uchwycać".

Przyszłość wygląda pochmurnie w najlepszym tego słowa znaczeniu. Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman NASA, startujący w latach 2026-2027 z MPIA jako partnerem, powinien być doskonały w bezpośrednim wykrywaniu odbijających światło lodowych chmur wodnych. Tymczasem zespół Matthews ubiega się o więcej czasu na JWST, aby badać inne zimne analogi Jowisza, budując fundament pod ostateczny cel: badanie światów podobnych do Ziemi i, pewnego dnia, poszukiwanie oznak, że nie jesteśmy sami.

Wyniki zostały opublikowane w Astrophysical Journal Letters przez E. C. Matthews i innych. Badacze MPIA zaangażowani w pracę to Elisabeth Matthews i Bhavesh Rajpoot, współpracujący z Jamesem Mangiem i Caroline Morley (Uniwersytet Teksański w Austin), Aarynnem Carterem i Mathilde Mâlin (Instytut Naukowy Kosmicznego Teleskopu) oraz innymi.