Jedna od dugogodišnjih zagonetki koja muči planetarne znanstvenike jest pitanje zašto je silicij, jedan od najzastupljenijih elemenata u čitavom svemiru, praktički nevidljiv u atmosferama plinovitih divova našeg Sunčevog sustava, Jupitera i Saturna. Iako su sve teorije upućivale na njegovu prisutnost, izravni dokazi su uporno izmicali. Međutim, nedavna studija, objavljena prošloga tjedna u prestižnom časopisu Nature, baca potpuno novo svjetlo na ovaj problem, a ključni trag došao je iz neočekivanog smjera – od neobičnog kozmičkog objekta kojeg su astronomi zbog njegovih zbunjujućih karakteristika prigodno nazvali "Nesreća" (The Accident).

Ovaj jedinstveni objekt, analiziran pomoću nevjerojatne preciznosti NASA-inog svemirskog teleskopa James Webb, pomogao je znanstvenicima da bolje razumiju skrivenu kemiju koja se odvija duboko unutar atmosfera ne samo Jupitera i Saturna, već potencijalno i tisuća egzoplaneta koji kruže oko drugih zvijezda. Rješenje misterija, čini se, leži u dalekoj prošlosti svemira i uvjetima koji su vladali u vrijeme formiranja ovog drevnog nebeskog tijela.

Slučajno Otkriće koje Mijenja Sve

"Nesreća" je zapravo smeđi patuljak, fascinantan objekt koji se nalazi u "sivoj zoni" između planeta i zvijezda. Sastoji se od goleme kugle plina, masivnije od najvećih planeta, ali nedovoljno masivne da u svojoj jezgri pokrene proces nuklearne fuzije koji zvijezdama daje njihov sjaj. Ipak, čak i među svojim teško klasificiranim srodnicima, "Nesreća" se ističe. Pokazuje zapanjujuću mješavinu fizičkih osobina – neke su karakteristične za vrlo mlade smeđe patuljke, dok su druge viđene samo kod iznimno starih.

Upravo zbog te neobične kombinacije svojstava, ovaj je objekt godinama uspijevao izbjeći standardne metode detekcije. Otkriven je tek prije pet godina, i to ne od strane profesionalnog astronoma, već od strane građanina-znanstvenika koji je sudjelovao u projektu Backyard Worlds: Planet 9. Ovaj program omogućuje volonterima diljem svijeta da pregledavaju goleme količine podataka prikupljenih sada već umirovljenom NASA-inom misijom NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) i tako doprinesu novim znanstvenim otkrićima. "Nesreća" je toliko blijeda i čudna da su za proučavanje njezine atmosfere znanstvenici morali upotrijebiti najmoćniju svemirsku zvjezdarnicu koju čovječanstvo posjeduje – teleskop James Webb.

Webbov Pogled u Srce Misterija

Promatranja s Webbom donijela su nekoliko iznenađenja, no jedno se posebno istaknulo. U atmosferskom spektru "Nesreće", znanstvenici su uočili jasan potpis molekule koju u početku nisu mogli identificirati. Detaljnija analiza otkrila je da se radi o silanu (SiH4), jednostavnoj molekuli koja se sastoji od jednog atoma silicija i četiri atoma vodika. Ovo je otkriće odjeknulo znanstvenom zajednicom jer su istraživači dugo pretpostavljali, ali nikada nisu uspjeli dokazati, postojanje silana u atmosferama plinovitih divova, kako u našem sustavu, tako i šire. "Nesreća" je prvi objekt takve vrste u kojem je ova molekula nedvojbeno identificirana.

Znanstvenici su prilično uvjereni da silicij postoji u atmosferama Jupitera i Saturna, ali da je vješto skriven od naših instrumenata. Dominantna teorija kaže da se silicij, u prisutnosti kisika, vrlo lako veže s njim i formira silicijeve okside, poput kvarca. Te teške molekule zatim služe kao jezgre za kondenzaciju i formiranje oblaka silikatne prašine, nalik pješčanim olujama na Zemlji. Na hladnijim plinovitim divovima, kakvi su Jupiter i Saturn, ti teški silikatni oblaci tonu duboko u atmosferu, ispod lakših slojeva oblaka vodenih para i amonijaka. Tamo ostaju zarobljeni, preduboko da bi ih detektirali čak i svemirski brodovi koji su te planete proučavali iz neposredne blizine. Iako su neki znanstvenici teoretizirali da bi lakše molekule poput silana trebale ostati u višim slojevima atmosfere, poput tragova brašna na stolu pekara, one do sada nigdje nisu bile pronađene. Činjenica da su se pojavile samo u jednom, i to vrlo neobičnom smeđem patuljku, sugerira nešto ključno o kemijskim procesima u takvim okruženjima.

"Ponekad su nam upravo ekstremni objekti potrebni kako bismo razumjeli što se događa u onim prosječnima", izjavila je Jackie Faherty, istraživačica u Američkom prirodoslovnom muzeju u New Yorku i vodeća autorica nove studije.

Kozmički Vremeplov

"Nesreća", smještena na oko 50 svjetlosnih godina od Zemlje, vjerojatno je nastala prije 10 do 12 milijardi godina, što je čini jednim od najstarijih smeđih patuljaka ikad otkrivenih. S obzirom na to da je svemir star oko 13.8 milijardi godina, ovaj je objekt pravi kozmički relikt, formiran u vrijeme kada je kozmos bio bitno drugačije mjesto. U toj ranoj eri, svemir se sastojao gotovo isključivo od vodika i helija, s tek neznatnim količinama težih elemenata, uključujući i silicij.

Elementi poput ugljika, dušika i, što je ključno za ovu priču, kisika, stvoreni su kasnije, u vatrenim jezgrama zvijezda koje su živjele i umirale tijekom eona. Stoga planeti i zvijezde koji su nastali u novije vrijeme posjeduju znatno veće količine tih elemenata. Webbova opažanja potvrđuju upravo ovu hipotezu: silan se može formirati u atmosferama smeđih patuljaka i planeta, ali njegova odsutnost u mlađim objektima sugerira da, kada je kisik dostupan, on se s iznimnom lakoćom i učinkovitošću veže sa silicijem. U tom kemijskom "otimanju", kisik praktički "pogabi" sav dostupni silicij, ne ostavljajući ga nimalo da se veže s vodikom i formira silan.

Pa zašto onda silan postoji u "Nesreći"? Autori studije zaključuju da je razlog upravo starost ovog smeđeg patuljka. U vrijeme njegovog formiranja, u svemiru je bilo daleko manje kisika. Zbog siromaštva atmosfere kisikom, silicij nije imao s čime formirati teške okside. Umjesto toga, vezao se s najzastupljenijim elementom u okolini – vodikom – što je rezultiralo stvaranjem silana kojeg je Webb sada uspio detektirati.

"Nismo krenuli u ova promatranja s namjerom da riješimo misterij Jupitera i Saturna", rekao je Peter Eisenhardt iz NASA-inog Laboratorija za mlazni pogon (JPL), znanstvenik na projektu misije WISE. "Smeđi patuljak je kugla plina poput zvijezde, ali bez unutarnjeg fuzijskog reaktora, on se neprestano hladi i ima atmosferu sličnu onoj plinovitih divova. Željeli smo otkriti zašto je ovaj smeđi patuljak tako čudan, ali nismo očekivali silan. Svemir nas ne prestaje iznenađivati."

Prozor u Svijet Egzoplaneta

Proučavanje smeđih patuljaka često je lakše od proučavanja plinovitih egzoplaneta. Razlog je jednostavan: svjetlost dalekog planeta obično je potpuno zasjenjena blještavilom zvijezde oko koje kruži. Smeđi patuljci, s druge strane, često putuju svemirom sami, što omogućuje neometan pogled na njihove atmosfere. Lekcije naučene proučavanjem ovih objekata mogu se primijeniti na širok spektar planeta, uključujući i one izvan našeg Sunčevog sustava koji bi mogli imati znakove nastanjivosti.

Ovakva temeljna istraživanja postavljaju temelje za buduće, još ambicioznije znanstvene poduhvate. Analizirajući raznolikost i složenost planetarnih atmosfera, znanstvenici grade bazu znanja i usavršavaju alate koji će jednog dana biti ključni u potrazi za životom izvan Zemlje. "Da budemo jasni, mi ne pronalazimo život na smeđim patuljcima", naglašava Faherty. "Ali na višoj razini, proučavanjem sve ove raznolikosti i složenosti, pripremamo znanstvenike koji će jednog dana morati raditi ovakve kemijske analize za stjenovite, potencijalno Zemlji slične planete. Možda se neće raditi specifično o siliciju, ali i oni će dobivati podatke koji su komplicirani, zbunjujući i ne uklapaju se u postojeće modele, baš kao i mi danas. Morat će proniknuti u sve te složenosti ako žele odgovoriti na ona najveća pitanja."