JWST detekoval páru na vzdálených exoplanetách

Exoplanety označované jako subneptuny bohaté na vodu mohou nabídnout klíčová vodítka k tomu, kde by mohl existovat život mimo Zemi. Pro astrobiology začíná pátrání po životě mimo Sluneční soustavu stejnou otázkou, jakou byste si položili v poušti: kde je voda? Mezi dosud objevenými planetami se zdá, že jeden velmi běžný typ má nitro bohaté na vodu. Tyto planety jsou známé jako subneptuny, protože svou velikostí a hmotností spadají mezi Zemi a Neptun.

Většina subneptunů obíhá kolem svých hvězd ve vzdálenostech mnohem menších, než je oběžná dráha Země kolem Slunce, což způsobuje, že jejich povrch je příliš horký pro kapalnou vodu nebo pro život. Místo toho pravděpodobně hostí silné páry nad vrstvami neobvyklého skupenství vody, které se nechová ani jako plyn, ani jako kapalina. Myšlenka těchto „parních světů“ byla představena před 20 lety a zájem o jejich detailní složení a to, jak se v čase mění, od té doby roste.

Astrobiologové a astronomové z Kalifornské univerzity v Santa Cruz nyní vyvinuli přesnější způsob modelování těchto parních světů, který pomáhá lépe pochopit jejich složení a v konečném důsledku i to, jak vůbec vznikly. „Když pochopíme, jak se formují nejčastěji pozorované planety ve vesmíru, můžeme se zaměřit na méně běžné exoplanety, které by mohly být skutečně obyvatelné,“ řekl Artem Aguichine, postdoktorand na UC Santa Cruz, který vedl vývoj nového modelu.

Práce je vysvětlena v článku publikovaném 24. července 2025 v časopise Astrophysical Journal, jehož spoluautorkou je profesorka Natalie Batalhaová, vedoucí astrobiologické iniciativy UC Santa Cruz, spolu s profesorem Jonathanem Fortneym, vedoucím katedry astronomie a astrofyziky.

Více než jen ledové měsíce
Poprvé v historii potvrdil vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) přítomnost páry na několika subneptunských měsících. Astronomové očekávají, že JWST bude pozorovat desítky dalších, a proto jsou takové modely klíčové pro propojení toho, co vidíme z povrchu exoplanety, s tím, co je uvnitř.

Modely používané k charakterizování subneptunských měsíců byly vyvinuty ke studiu ledových měsíců ve Sluneční soustavě, jako je Jupiterův měsíc Europa a Saturnův měsíc Enceladus. Aguichine říká, že sofistikované modely mohou pomoci interpretovat, co vesmírné dalekohledy, jako je JWST, odhalují o subneptunských měsících.

Ledové měsíce jsou malá, zhuštěná tělesa s vrstevnatými strukturami: ledové kůry nad oceány kapalné vody. Subneptuny jsou mnohem odlišnější. Jsou mnohem hmotnější – 10 až 100krát větší – a opět obíhají mnohem blíže ke svým hvězdám. Takže nemají ledové kůry a kapalné oceány jako Europa nebo Enceladus. Místo toho si vytvářejí silné parní atmosféry a vrstvy „superkritické vody“.

Tato exotická, superkritická fáze vody byla znovu vytvořena a studována v laboratořích na Zemi a vykazuje chování, které je mnohem složitější než u jednoduché kapalné vody nebo ledu – proto je obtížné ji přesně modelovat. Některé modely dokonce naznačují, že za extrémních tlakových a teplotních podmínek uvnitř subneptunských planet se voda může přeměnit na „superionický led“, což je fáze, ve které se molekuly vody reorganizují tak, že se vodíkové ionty volně pohybují kyslíkovou mřížkou.

Neptun a potenciálně i subneptuny
Aby tedy vědci mohli modelovat subneptuny, musí pochopit, jak se voda chová jako čistá pára, jako superkritická tekutina a v extrémních stavech, jako je superionický led. Model tohoto týmu zohledňuje experimentální data o fyzice vody za extrémních podmínek a posouvá teoretické modelování, které je k tomu potřeba.

„Nitro planet je přirozenými ‚laboratořemi‘ pro studium podmínek, které je obtížné reprodukovat v univerzitní laboratoři na Zemi. To, co se dozvídáme, by mohlo mít nepředvídané aplikace, o kterých jsme ani neuvažovali. Vodní světy jsou v tomto smyslu obzvláště exotické,“ vysvětlila Batalhaová. „V budoucnu můžeme zjistit, že podmnožina těchto vodních světů představuje nové oblasti pro život v Galaxii.“

Modelováním distribuce vody na těchto běžných exoplanetách mohou vědci sledovat, jak se voda – jedna z nejhojnějších molekul ve vesmíru – mění během formování planetárních systémů. Aguichine uvedl, že voda má řadu fascinujících vlastností:

Je to chemická kyselina i zásada, která se podílí na chemické rovnováze.
Je dobrá v rozpouštění solí, cukrů a aminokyselin.
Vytváří vodíkové vazby – což dává vodě vyšší viskozitu, vyšší bod varu, větší schopnost akumulovat teplo a další.

„Život lze chápat jako komplexitu,“ řekl Aguichine, „a voda má širokou škálu vlastností, které tuto komplexitu umožňují.“

Pohled zpět a vpřed
Zdůraznil také, že jejich modelování se nezaměřuje na statické snímky subneptunských planet, ale zohledňuje jejich vývoj v průběhu milionů a miliard let. Protože se vlastnosti planet v průběhu času výrazně mění, je modelování tohoto vývoje nezbytné pro přesné předpovědi, řekl Aguichine.

Modelování bude brzy ověřeno pokračujícími pozorováními pomocí JWST, a také budoucími misemi, jako je nadcházející vypuštění dalekohledu PLATO (PLANetary Transit and Oscillation) od Evropské kosmické agentury, mise navržené k nalezení planet podobných Zemi v obyvatelné zóně jejich mateřských hvězd.

„PLATO nám bude schopen říct, jak přesné jsou naše modely a jakým směrem je musíme zdokonalit,“ řekl Aguichine. „Naše modely tedy v současné době vytvářejí tyto předpovědi pro dalekohledy a zároveň pomáhají formovat další kroky v hledání života mimo Zemi.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/jwst-detects-steam-on-distant-exoplanets-could-exotic-water-worlds-rewrite-the-search-for-life/ a https://news.ucsc.edu/2025/08/new-model-steam-worlds/

autor: František Martinek