Astronomowie zapewniają „przewodnik terenowy” po egzoplanetach znanych jako gorące jowisze

Gorące Jowisze – gigantyczne gazowe planety, które krążą wokół swoich gwiazd po niezwykle ciasnych orbitach – stały się nieco mniej tajemnicze dzięki nowym badaniom łączącym modelowanie teoretyczne z obserwacjami przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a.

Podczas gdy poprzednie badania skupiały się głównie na poszczególnych światach sklasyfikowanych jako"gorące Jowisze" ze względu na ich powierzchowne podobieństwo do gazowego giganta w naszym Układzie Słonecznym, nowe badanie jest pierwszym, które przygląda się szerszej populacji dziwnych światów. Opublikowane wAstronomia Przyrody, badanie, prowadzone przez badacza z University of Arizona, dostarcza astronomom bezprecedensowego"przewodnika polowego" do gorących Jowiszów i oferuje ogólny wgląd w powstawanie planet.

Chociaż astronomowie sądzą, że tylko około 1 na 10 gwiazd posiada egzoplanetę z klasy gorącego Jowisza, osobliwe planety stanowią znaczną część odkrytych do tej pory egzoplanet, ponieważ są one większe i jaśniejsze niż inne typy egzoplanet, takie jak jako skaliste, bardziej podobne do Ziemi planety lub mniejsze, chłodniejsze planety gazowe. Wszystkie gorące Jowisze krążą wokół swojej gwiazdy macierzystej w niezwykle bliskiej odległości, zwykle znacznie bliżej niż Merkury, najbardziej wewnętrzna planeta naszego Układu Słonecznego, o rozmiarach od około jednej trzeciej wielkości Jowisza do 10 mas Jowisza. A"rok" na typowym gorącym Jowiszu trwa kilka godzin, najwyżej kilka dni. Dla porównania, Merkuremu podróż dookoła Słońca zajmuje prawie trzy miesiące.

Ze względu na ich bliskie orbity, uważa się, że większość, jeśli nie wszystkie, gorące Jowisze są uwięzione w szybkim uścisku ze swoimi gwiazdami macierzystymi, z jedną stroną wiecznie wystawioną na promieniowanie gwiazdy', a drugą zasłoniętą w wiecznej ciemności. Powierzchnia typowego gorącego Jowisza może osiągnąć temperaturę prawie 5000 stopni Fahrenheita, przy&„chłodniej &”; próbki osiągające 1400 stopni - wystarczająco gorące, aby stopić aluminium.

Badania prowadzone przez Megan Mansfield, NASA Sagan Fellow z University of Arizona&Steward Observatory, wykorzystały obserwacje wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, które pozwoliły zespołowi bezpośrednio zmierzyć widma emisyjne gorących Jowiszów. pomimo faktu, że Hubble' nie może bezpośrednio zobrazować żadnej z tych planet.

& quot;Te układy, te gwiazdy i ich gorące Jowisze, są zbyt daleko, aby rozdzielić pojedynczą gwiazdę i jej planetę," powiedział Mansfield."Wszystko, co widzimy, to punkt – połączone źródło światła tych dwóch.&cyt;

Mansfield i jej zespół użyli metody znanej jako wtórne zaćmienie, aby wydobyć informacje z obserwacji, które pozwoliły im zajrzeć w głąb planet' atmosfery i uzyskać wgląd w ich strukturę i skład chemiczny. Technika ta polega na wielokrotnych obserwacjach tego samego układu, wyłapywaniu planety w różnych miejscach jej orbity, również wtedy, gdy zanurza się ona za gwiazdą.

& quot;W zasadzie mierzymy łączne światło pochodzące od gwiazdy i jej planety i porównujemy ten pomiar z tym, co widzimy, gdy planeta jest ukryta za swoją gwiazdą," powiedział Mansfield."Dzięki temu możemy odjąć udział gwiazdy' i wyizolować światło emitowane przez planetę, mimo że nie możemy' zobaczyć go bezpośrednio.&cyt;

Dane dotyczące zaćmień dostarczyły naukowcom wglądu w strukturę termiczną atmosfer gorących jowiszów i umożliwiły skonstruowanie indywidualnych profili temperatur i ciśnień dla każdego z nich. Następnie zespół przeanalizował światło w bliskiej podczerwieni, które jest pasmem fal o długości tuż poza zasięgiem widzialnym przez ludzi, pochodzącym z każdego gorącego układu Jowisza pod kątem tak zwanych cech absorpcji. Ponieważ każda cząsteczka lub atom ma swój własny profil absorpcji, jak odcisk palca, patrzenie na różne długości fal pozwala naukowcom uzyskać informacje o składzie chemicznym gorących Jowiszów. Na przykład, jeśli woda jest obecna w atmosferze planety', będzie absorbować światło o wielkości 1,4 mikrona, co mieści się w zakresie długości fal, które Hubble widzi bardzo dobrze.

& quot;W pewnym sensie używamy molekuł do skanowania atmosfer tych gorących Jowiszów," powiedział Mansfield."Możemy wykorzystać obserwowane widmo, aby uzyskać informacje o tym, z czego zbudowana jest atmosfera, a także możemy uzyskać informacje o tym, jak wygląda struktura atmosfery.&cyt;

Zespół poszedł o krok dalej, określając ilościowo dane obserwacyjne i porównując je z modelami procesów fizycznych, które, jak się uważa, zachodzą w atmosferach gorących Jowiszów. Oba zestawy bardzo dobrze pasowały, potwierdzając, że wiele przewidywań dotyczących planet' Natura oparta na pracach teoretycznych wydaje się być poprawna, według Mansfielda, który powiedział, że odkrycia są&„ekscytujące, ponieważ nie były gwarantowane.&cyt;

Wyniki sugerują, że wszystkie gorące Jowisze, nie tylko 19 uwzględnionych w badaniu, prawdopodobnie zawierają podobne zestawy cząsteczek, takie jak woda i tlenek węgla, wraz z mniejszymi ilościami innych cząsteczek. Różnice między poszczególnymi planetami powinny w większości sprowadzać się do różnych względnych ilości tych cząsteczek. Odkrycia ujawniły również, że obserwowane cechy absorpcji wody nieznacznie różniły się w zależności od gorącego Jowisza.

& quot;W sumie nasze wyniki mówią nam, że istnieje duża szansa, że ​​mamy do czynienia z elementami dużego obrazu, które dzieją się w chemii tych planet," powiedział Mansfield."Jednocześnie każda planeta ma swój własny skład chemiczny, co również wpływa na to, co widzimy w naszych obserwacjach.&cyt;

Według autorów, wyniki mogą posłużyć do ukierunkowania oczekiwań co do tego, co astronomowie mogą zobaczyć, patrząc na gorącego Jowisza, który nie był wcześniej badany'. Wystrzelenie flagowego teleskopu NASA', Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, planowane na 18 grudnia, wzbudziło podekscytowanie łowców egzoplanet, ponieważ Webb widzi w znacznie szerszym zakresie światła podczerwonego i pozwoli na znacznie więcej szczegółowe spojrzenie na egzoplanety, w tym gorące Jowisze.

& quot;Wciąż nie wiemy'jak ogólnie powstają planety, a jednym ze sposobów, w jaki staramy się zrozumieć, jak to się może stać, jest przyglądanie się atmosferom tych gorących Jowisze i zastanawianie się, w jaki sposób znalazły się tam, gdzie są," powiedział Mansfield."Dzięki danym Hubble'a możemy przyjrzeć się trendom, badając absorpcję wody, ale kiedy mówimy o składzie atmosfery jako całości, istnieje wiele innych ważnych cząsteczek, którym warto się przyjrzeć, na przykład tlenek węgla i dwutlenek węgla, a JWST da nam szansę ich rzeczywistej obserwacji.&cyt;