Pressmeddelande

"Som science fiction": Första 3D-observationerna av en exoplanets atmosfär avslöjar ett unikt klimat

18 februari 2025, Skurup

Astronomer har observerat atmosfären på en planet bortom solsystemet och kartlagt dess 3D-struktur för första gången. Genom att kombinera alla fyra huvudteleskopen i Europeiska Sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) hittade de kraftfulla vindar och grundämnen som järn och titan, vilket skapar komplicerade vädermönster i planetens atmosfär. Upptäckten öppnar dörren för detaljerade studier av den kemiska sammansättningen och vädret på främmande världar.

"Denna planets atmosfär beter sig på ett sätt som utmanar vår förståelse av hur vädret fungerar - inte bara på jorden utan på alla planeter. Det känns som något ur science fiction”, säger Julia Victoria Seidel, forskare vid European Southern Observatory (ESO) i Chile och huvudförfattare till studien som publiceras i dag i Nature.

Planeten, WASP-121b (även känd som Tylos), ligger cirka 900 ljusår bort i stjärnbilden Akterskeppet. Det är en “ultrahet Jupiter”, en gasjätte som kretsar så nära sin värdstjärna dess år bara varar omkring 30 jordtimmar. Dessutom är en sida av planeten brännhet, eftersom den alltid är vänd mot stjärnan, medan den andra sidan är mycket svalare.

Forskarna har nu sonderat Tylos atmosfär på djupet och avslöjat distinkta vindar i separata skikt, som bildar en karta över atmosfärens 3D-struktur. Det är första gången som astronomer har kunnat studera atmosfären på en planet utanför vårt solsystem så djupt och detaljerat.

"Det vi hittade var överraskande: en jetström som transporterar material runt planetens ekvator, medan ett separat flöde på lägre nivåer i atmosfären flyttar gas från den heta sidan till den svalare sidan. Denna klimattyp har vi aldrig tidigare sett på någon planet säger Seidel, som också forskar vid Lagrange Laboratory, en del av Observatoire de la Côte d'Azur, Frankrike. Den observerade jetströmmen sträcker sig över halva planeten, ökar hastigheten när den närmar den varmaste sidan av Tylos, och ger då upphov till våldsam turbulens högt i atmosfären. "Även de starkaste orkanerna i solsystemet verkar lugna i jämförelse", tillägger Seifel.

För att avslöja 3D-strukturen av exoplanetens atmosfär använde forskargruppen ESPRESSO-instrumentet på ESO:s VLT för att kombinera ljuset från dess fyra huvudteleskop till en enda signal. Detta kombinerade läge för VLT samlar in fyra gånger så mycket ljus som ett enstaka teleskop, vilket avslöjar svagare detaljer. Genom att observera planeten under en hel passage framför sin moderstjärna kunde ESPRESSO upptäcka signalen från flera grundämnen och på så sätt undersöka olika lager av atmosfären.

"VLT gjorde det möjligt för oss att undersöka tre olika skikt i exoplanetens atmosfär i ett svep", säger studiens medförfattare Leonardo A. dos Santos, assisterande astronom vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, USA. Forskarna spårade hur järn, natrium och väte rörde sig, vilket gjorde det möjligt att spåra vindar i de djupa, mellanliggande respektive grunda lagren i planetens atmosfär. "Denna typ av observationer är mycket utmanande att göra med rymdteleskop, vilket belyser vikten av markbaserade observationer av exoplaneter," tillägger han.

Intressant nog avslöjade observationerna också närvaron av grundämnet titan strax under jetströmmen, vilket framhålls i en kompletterande studie publicerad i Astronomy and Astrophysics. Detta var ytterligare en överraskning eftersom tidigare observationer av planeten hade visat att detta element saknades, möjligen för att det finns djupt i atmosfären.

"Det är verkligen häpnadsväckande att vi kan studera detaljer som den kemiska sammansättningen och vädermönster på en planet på ett så stort avstånd", säger Bibiana Prinoth, doktorand vid Lunds universitet och ESO, som ledde den kompletterande studien och är medförfattare till Natureartikeln.

Utöver järn, natrium och väte upptäcktes även ett stort antal andra atomslag, som kalcium, kalium och barium. "Med tanke på planetens höga temperatur förväntar vi oss att de flesta föreningar är i gasfas i sin atomform och till och med joniserade, det vill säga har förlorat en eller flera elektroner. Vissa grundämnen, som natrium, barium, kalium och kalcium, har mycket starka absorptionslinjer i det optiska våglängdsområdet och kan användas för att undersöka högre atmosfäriska skikt, medan metaller som järn, titanium och krom förekommer i större mängd i lägre skikt och har många grundare linjer. På så sätt kan djupstrukturen i atmosfären bestämmas", förklarar Prinoth.

"Vi använde vad jag älskar att kalla ESPRESSO:s superkraft" berättar Prinoth. "ESPRESSO sitter i Coudé-labbet under teleskopplattformen, vilket gör att vi kan använda alla fyra huvudteleskop samtidigt. Genom att mata in allt deras ljus i ESPRESSO får vi effektivt kraften av ett 16-meters teleskop."

För att studera atmosfären hos mindre och jordliknande planeter kommer dock större teleskop att behövas. Bland dessa finns ESO:s Extremely Large Telescope (ELT), som för närvarande är under uppbyggnad i Chiles Atacamaöken, och dess ANDES-instrument. "ELT kommer att betyda enormt mycket för att studera exoplanetatmosfärer", säger Prinoth. "Den här upplevelsen får mig att känna att vi är på väg att upptäcka otroliga saker som vi bara kan drömma om nu."

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Vertical structure of an exoplanet’s atmospheric jet stream” (doi:10.1038/s41586-025-08664-1) i tidskriften Nature.

Forskarlaget utgörs av Julia V. Seidel (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO Chile]; Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Université Côte d’Azur, Nice, Frankrike [Lagrange]), Bibiana Prinoth (ESO Chile and Lund Observatory, Division of Astrophysics, Department of Physics, Lund University, Lund, Sverige [ULund]), Lorenzo Pino (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Italien), Leonardo A. dos Santos (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA, Johns Hopkins University, Baltimore, USA), Hritam Chakraborty (Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Schweiz [UNIGE]), Vivien Parmentier (Lagrange), Elyar Sedaghati (ESO Chile), Joost P. Wardenier (Département de Physique, Trottier Institute for Research on Exoplanets [IREx], Université de Montréal, Canada), Casper Farret Jentink (UNIGE), Maria Rosa Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spanien), Romain Allart (IREx), David Ehrenreich (UNIGE), Monika Lendl (UNIGE), Giulia Roccetti (European Southern Observatory, Garching bei München, Tyskland; Meteorologisches Institut, Ludwig-Maximilians-Universität München, Munich, Tyskland), Yuri Damasceno (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Porto, Portugal [IA-CAUP], Departamento de Fisica e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Porto, Portugal [FCUP]; ESO Chile), Vincent Bourrier (UNIGE), Jorge Lillo-Box (Centro de Astrobiología (CAB); CSIC-INTA, Madrid, Spanien), H. Jens Hoeijmakers (ULund), Enric Pallé (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spanien [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, Spanien [IAC-ULL]), Nuno Santos (IA-CAUP and FCUP), Alejandro Suàrez Mascareño (IAC and IAC-ULL), Sergio G. Sousa (IA-CAUP), Hugo M. Tabernero (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica & IPARCOS-UCM (Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la UCM), Universidad Complutense de Madrid, Spanien), and Francesco A. Pepe (UNIGE).

Kompletterande forskning som upptäckte förekomsten av titan presenteras i artikeln “Titanium chemistry of WASP-121 b with ESPRESSO in 4-UT mode” (doi: 10.1051/0004-6361/202452405) i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Detta forskarlag utgörs av Bibiana Prinoth (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO Chile] and Lund Observatory, Division of Astrophysics, Department of Physics, Lund University, Lund, Sverige [ULund]), Julia V. Seidel (ESO Chile; Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Université Côte d’Azur, Nice, Frankrike [Lagrange]), H. Jens Hoeijmakers (ULund), Brett M. Morris (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Martina Baratella (ESO Chile), Nicholas W. Borsato (ULund, School of Mathematical and physical Sciences, Macquarie University, Sydney, Australien), Yuri Damasceno (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Porto, Portugal [IA-CAUP], Departamento de Fisica e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Porto, Portugal [FCUP]; ESO Chile), Vivien Parmentier (Lagrange), Daniel Kitzmann (University of Bern, Physics Institute, Division of Space Research & Planetary Sciences, Bern, Schweiz), Elyar Sedaghati (ESO Chile), Lorenzo Pino (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Italien), Francesco Borsa (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italien), Romain Allart (Département de Physique, Trottier Institute for Research on Exoplanets [IREx], Université de Montréal, Kanada), Nuno Santos (IA-CAUP and FCUP), Michal Steiner (Observatoire de l'Université de Genève, Versoix, Schweiz), Alejandro Suàrez Mascareño (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spanien; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, Spanien), Hugo M. Tabernero (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica & IPARCOS-UCM (Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la UCM), Universidad Complutense de Madrid, Spanien) and Maria Rosa Zapatero Osorio (Centro de Astrobiologia, CSIC-INTA, Madrid, Spanien).

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer, liksom kartläggningsteleskop som VISTA. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

Länkar

• Forskningsartikel (Nature)
• Forskningsartikel (Astronomy & Astrophysics)
• Foton på VLT
• Läs mer om ESO:s Extremely Large Telescope på vår dedikerade webbplats och i vårt pressmaterial
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska och ansök om att delta i ESO:s (delfinansierade) strategiska mediebesök 2025 (NYTT)
• För astronomer: Berätta om din forskning!
• Världens mörkaste och klaraste himmel hotad av industriellt megaprojekt

 

Kontakter

Julia Victoria Seidel
European Southern Observatory (ESO) and Lagrange Laboratory, Observatoire de la Côte d'Azur
Santiago, Chile and Nice, France
Tel: +33 743 32 79 73
E-post: jseidel@oca.eu

Bibiana Prinoth
Lund University
Lund, Sweden
Tel: +46 72 442 03 69
E-post: bibiana.prinoth@fysik.lu.se

Leonardo A. dos Santos
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Tel: +1 (410) 338-4395
E-post: ldsantos@stsci.edu

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-post: press@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2504 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.