Forskare har hittat de starkaste bevisen hittills för en stratosfär på en enorm planet utanför vårt solsystem, med en atmosfär som är tillräckligt varm för att koka järn.

Ett internationellt team av forskare, ledd av University of Exeter, gjorde den nya upptäckten genom att observera glödande vattenmolekyler i atmosfären på exoplaneten WASP-121b med NASA:s rymdteleskop Hubble.

För att studera gasjättens stratosfär – ett lager av atmosfären där temperaturen ökar med högre höjder – använde forskare spektroskopi för att analysera hur planetens ljusstyrka förändrades vid olika våglängder av ljus.

Vattenånga i planetens atmosfär, till exempel, beter sig på förutsägbara sätt som svar på olika våglängder av ljus, beroende på vattnets temperatur. Vid kallare temperaturer, vattenånga i planetens övre atmosfär blockerar ljus med specifika våglängder som strålar från djupare lager mot rymden. Men vid högre temperaturer, vattenmolekylerna i den övre atmosfären lyser på dessa våglängder istället.

Fenomenet liknar det som händer med fyrverkerier, som får sina färger från kemikalier som avger ljus. När metalliska ämnen värms upp och förångas, deras elektroner går in i högre energitillstånd. Beroende på material, dessa elektroner kommer att avge ljus vid specifika våglängder när de förlorar energi:natrium producerar orange-gult och strontium producerar rött i denna process, till exempel.

Vattenmolekylerna i atmosfären av WASP-121b avger på liknande sätt strålning när de förlorar energi, men det är i form av infrarött ljus, som det mänskliga ögat inte kan upptäcka.

Forskningen publiceras i en ledande vetenskaplig tidskrift Natur .

"Teoretiska modeller har föreslagit att stratosfärer kan definiera en speciell klass av ultraheta exoplaneter, med viktiga implikationer för atmosfärens fysik och kemi, sa Dr Tom Evans, huvudförfattare och forskarassistent vid University of Exeter. "När vi pekade Hubble på WASP-121b, vi såg glödande vattenmolekyler, antyder att planeten har en stark stratosfär."

WASP-121b, ligger cirka 900 ljusår från jorden, är en gasjätte exoplanet som vanligtvis kallas en "het Jupiter", fastän med en större massa och radie än Jupiter, gör det mycket pösigare. Exoplaneten kretsar runt sin värdstjärna var 1,3 dag, och är runt det närmaste avståndet det kan vara innan stjärnans gravitation skulle börja slita isär den.

Denna närhet innebär också att toppen av atmosfären värms upp till en flammande het 2, 500 grader Celsius - den temperatur vid vilken järn finns i gas snarare än i fast form.

I jordens stratosfär, ozon fångar ultraviolett strålning från solen, vilket höjer temperaturen på detta atmosfärslager. Andra solsystemkroppar har stratosfärer, också - metan är ansvarig för uppvärmningen i stratosfärerna av Jupiter och Saturnus måne Titan, till exempel. I solsystemets planeter, temperaturförändringen inom en stratosfär är vanligtvis mindre än 100 grader Celsius. Dock, på WASP-121b, temperaturen i stratosfären stiger med 1000 Celsius.

"Vi har mätt en kraftig ökning av temperaturen i WASP-121bs atmosfär på högre höjder, men vi vet ännu inte vad som orsakar denna dramatiska uppvärmning, " säger Nikolay Nikolov, medförfattare och forskarassistent vid University of Exeter. "Vi hoppas kunna ta itu med detta mysterium med kommande observationer vid andra våglängder."

Vanadinoxid- och titanoxidgaser är kandidatvärmekällor, eftersom de starkt absorberar stjärnljus vid synliga våglängder, liknar ozonabsorberande UV-strålning. Dessa föreningar förväntas endast finnas i den hetaste av heta Jupiters, som WASP-121b, eftersom höga temperaturer krävs för att hålla dem i gasformigt tillstånd.

Verkligen, vanadinoxid och titanoxid ses ofta hos bruna dvärgar, "misslyckade stjärnor" som har vissa likheter med exoplaneter.

Tidigare forskning under det senaste decenniet har visat på möjliga bevis för stratosfärer på andra exoplaneter, men det här är första gången som glödande vattenmolekyler har upptäckts, den tydligaste signalen hittills för en exoplanetstratosfär.

Det är ett av de första resultaten som kommer från ett nytt observationsprogram som genomförs av ett internationellt team av forskare, ledd av docent David Sing vid University of Exeter och Dr. Mercedes Lopez-Mórales vid Smithsonian Institution. Programmet har tilldelats 800 timmar för att studera och jämföra 20 olika exoplaneter, representerar en av de största tidstilldelningarna för ett enskilt program i Hubbles hela 27-åriga historia.

"Denna nya forskning är beviset för rökande pistoler som forskare har letat efter när de studerade heta exoplaneter. Vi har upptäckt att denna heta Jupiter har en stratosfär, ett vanligt drag som ses på de flesta av våra solsystems planeter." säger professor David Sing, medförfattare och docent i astrofysik vid University of Exeter.

"Det är ett riktigt spännande fynd eftersom vi ser dramatiska skillnader från planet till planet vilket ger värdefulla ledtrådar för att ta reda på hur planeter beter sig under olika förhållanden, och vi skrapar precis på ytan av all ny Hubble-data."

NASA:s kommande rymdteleskop James Webb kommer att kunna följa upp atmosfären på planeter som WASP-121b med högre känslighet än något teleskop som för närvarande befinner sig i rymden.

"Den här superheta exoplaneten kommer att bli ett riktmärke för våra atmosfäriska modeller, och kommer att vara ett bra observationsmål på väg in i Webb-eran, sa Hannah Wakeford, medförfattare och forskarassistent vid University of Exeter.