Ett team som leds av NASA har hittat bevis på att den överdimensionerade exoplaneten WASP-18b är insvept i en kvävande stratosfär laddad med kolmonoxid och utan vatten. Fynden kommer från en ny analys av observationer som gjorts av rymdteleskopen Hubble och Spitzer.

Bildandet av ett stratosfärlager i en planets atmosfär tillskrivs "solskyddsmedel"-liknande molekyler, som absorberar ultraviolett (UV) och synlig strålning som kommer från stjärnan och sedan frigör den energin som värme. Den nya studien tyder på att den "heta Jupiter" WASP-18b, en massiv planet som kretsar mycket nära sin värdstjärna, har en ovanlig sammansättning, och bildningen av denna värld kan ha varit helt annorlunda än den för Jupiter och gasjättar i andra planetsystem.

"Kompositionen av WASP-18b motsäger alla förväntningar, " sa Kyle Sheppard från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, huvudförfattare till tidningen publicerad i Astrofysiska tidskriftsbrev . "Vi känner inte till någon annan extrasolär planet där kolmonoxid så fullständigt dominerar den övre atmosfären."

På jorden, ozon absorberar UV i stratosfären, skydda vår värld från mycket av solens skadliga strålning. För handfull exoplaneter med stratosfärer, absorbatorn anses vanligtvis vara en molekyl som titanoxid, en nära släkting till titandioxid, används på jorden som färgpigment och solskyddsmedel.

Forskarna tittade på data som samlats in för WASP-18b, ligger 325 ljusår från jorden, som en del av en undersökning för att hitta exoplaneter med stratosfärer. Den tunga planeten, som har massan 10 Jupiters, har observerats upprepade gånger, gör det möjligt för astronomer att samla en relativt stor mängd data. Denna studie analyserade fem förmörkelser från arkiverade Hubble-data och två från Spitzer.

Från ljuset som sänds ut av planetens atmosfär vid infraröda våglängder, bortom det synliga området, det är möjligt att identifiera spektrala fingeravtryck av vatten och några andra viktiga molekyler. Analysen avslöjade WASP-18bs märkliga fingeravtryck, som inte liknar någon exoplanet som undersökts hittills. För att avgöra vilka molekyler som mest sannolikt skulle matcha den, teamet genomförde omfattande datormodellering.

"Den enda konsekventa förklaringen till uppgifterna är ett överflöd av kolmonoxid och mycket lite vattenånga i atmosfären av WASP-18b, förutom närvaron av en stratosfär, " sa Nikku Madhusudhan en medförfattare till studien från University of Cambridge, Storbritannien. "Denna sällsynta kombination av faktorer öppnar ett nytt fönster till vår förståelse av fysikaliska och kemiska processer i exoplanetära atmosfärer."

Fynden indikerar att WASP-18b har varm kolmonoxid i stratosfären och kallare kolmonoxid i skiktet av atmosfären nedanför, kallas troposfären. Teamet bestämde detta genom att detektera två typer av kolmonoxidsignaturer, en absorptionssignatur vid en våglängd av cirka 1,6 mikrometer och en emissionssignatur vid cirka 4,5 mikrometer. Detta är första gången forskare har upptäckt båda typerna av fingeravtryck för en enda typ av molekyl i en exoplanets atmosfär.

I teorin, en annan möjlig passform för observationerna är koldioxid, som har ett liknande fingeravtryck. Forskarna uteslöt detta eftersom om det fanns tillräckligt med syre tillgängligt för att bilda koldioxid, atmosfären bör också ha en del vattenånga.

För att producera de spektrala fingeravtrycken som teamet sett, den övre atmosfären av WASP-18b skulle behöva laddas med kolmonoxid. Jämfört med andra heta Jupiters, denna planets atmosfär skulle sannolikt innehålla 300 gånger fler "metaller, " eller grundämnen som är tyngre än väte och helium. Denna extremt höga metallicitet skulle indikera att WASP-18b kan ha ackumulerat större mängder fast is under sin bildning än Jupiter, vilket tyder på att det kanske inte har formats som andra heta Jupiters gjorde.

"Den förväntade uppskjutningen av rymdteleskopet James Webb och andra framtida rymdbaserade observatorier kommer att ge oss möjligheten att följa upp med ännu kraftfullare instrument och att fortsätta utforska det fantastiska utbudet av exoplaneter där ute, sa Avi Mandell, en exoplanetforskare vid Goddard och den andra författaren till artikeln.