“Sıcak Satürn”ün ve onun benekli yıldızının sırları çözülüyor

Gökbilimciler galaktik atmosferi incelemek için James Webb Uzay Teleskobu'nu kullandılar ötegezegen HAT-P-18 b, ev sahibi yıldızın özelliklerinin veri analizi üzerindeki etkisine vurgu yaparak su buharı ve karbondioksiti bulur.

Montréal Üniversitesi'nin Trottier Ötegezegen Araştırma Enstitüsü'nden (iREx) araştırmacıların liderliğindeki bir gökbilimci ekibi, “sıcak gezegenleri” incelemek için devrim niteliğindeki James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) gücünden yararlandı. Satürn“Ötegezegen HAT-P-18 b.

Bulguları geçen ay dergide yayınlandı Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık BildirimleriHAT-P-18 b'nin atmosferinin tam bir resmini çizerken, atmosferik sinyalleri yıldızının aktivitesinden ayırmanın en büyük zorluğunu keşfedeceksiniz.

HAT-P-18 b, Satürn'ünkine benzer bir kütleye sahip ancak daha büyük gezegeninkine daha yakın bir boyuta sahip, 500 ışıkyılı uzaklıkta yer alıyor. Jüpiter. Sonuç olarak ötegezegenin analiz için özellikle ideal olan “kabarık” bir atmosferi var.

“Sıcak Satürn” dış gezegeninin sanatsal temsili, HAT-P-18 b. Katkıda bulunanlar: NASA/Ötegezegenlerdeki Gözler

Benekli bir yıldızın üzerinden geçmek

Gözlemler, HAT-P-18 b'nin güneş benzeri yıldızının önünden geçerken James Webb Uzay Teleskobu'ndan alınmıştır. Bu ana geçiş adı verilir ve yüzlerce ışıkyılı uzaklıktaki bir dış gezegenin inanılmaz bir hassasiyetle tespit edilmesi ve karakterize edilmesi için gereklidir.

Gökbilimciler uzak gezegenin yaydığı ışığı doğrudan gözlemlemezler. Bunun yerine, merkezi yıldızın ışığının, yörüngesinde dönen gezegen tarafından nasıl engellendiğini ve etkilendiğini inceliyorlar ve bu nedenle, gezegenin varlığından kaynaklanan sinyalleri, yıldızın özelliklerinden kaynaklanan sinyallerden ayırmaya çalışmalılar.

Işık eğrisi bir yıldızın zaman içindeki parlaklığını veya parlaklığını gösterir. Geçiş olarak bilinen bir dış gezegen yıldızın üzerinden geçtiğinde, yıldızın ışığının bir kısmı dış gezegen tarafından engellenir. Bunun sonucunda yıldızın parlaklığı azalır. Bir yıldız noktası yıldızın yüzeyini kapattığında veya bir dış gezegen karanlık noktanın üzerinden geçtiğinde, gökbilimciler ışık eğrisinde, geçen ışık eğrisinin alt kısmında küçük bir tümsek şeklinde bir sinyal görebilirler. Bu grafiğin tam animasyonunu aşağıda izleyin. Kaynak: B. Gougeon/Université de Montreal

Tıpkı Güneşimiz gibi yıldızların da düzgün yüzeyleri yoktur. Gezegenin atmosferinin özelliklerini taklit eden sinyaller üretebilen karanlık yıldız lekeleri ve parlak bölgeler içerebilir. UdeM doktora öğrencisi Olivia Lim liderliğindeki dış gezegen TRAPPIST-1 b ve onun yıldızı TRAPPIST-1 üzerinde yakın zamanda yapılan bir araştırma, yıldızın yüzeyinde gözlemleri etkileyen bir patlamaya veya parlamaya tanık oldu.

HAT-P-18 b durumunda Webb, HAT-P-18 yıldızı üzerindeki karanlık bir noktanın üzerinden geçerken dış gezegeni yakalamayı başardı. Buna yerelleştirilmiş geçiş olayı adı veriliyor ve bunun etkisi, yeni çalışma için toplanan verilerde açıkça görülüyor. iREx ekibi ayrıca HAT-P-18'in yüzeyinde, dış gezegen tarafından gizlenmeyen birkaç başka yıldız noktasının varlığını da bildirdi.

Ötegezegenin atmosferik bileşimini doğru bir şekilde belirlemek için araştırmacıların eş zamanlı olarak gezegenin atmosferini ve yıldızının özelliklerini modellemesi gerekiyordu. Çalışmalarında, potansiyelini tam olarak kullanmak için gelecekteki Webb ötegezegen gözlemlerini ele almada böyle bir değerlendirmenin çok önemli olacağına dikkat çekiyorlar.

Baş yazar Marilou Fournier-Tondreau, “Yıldız kirliliğinin muhasebeleştirilmesinin pus yerine noktalar ve bulutlar anlamına geldiğini ve su buharı bolluğunu yaklaşık olarak daha düşük bir oranda kurtardığını bulduk” dedi.

iREx'te yüksek lisans öğrencisi olarak bu işi yapan ve şu anda doktorasını sürdüren Fournier Tondreau, “Dolayısıyla sistemin ev sahibi yıldızına bakmak büyük bir fark yaratıyor” diye ekledi. İçinde Oxford Üniversitesi.

“Aslında bu, görünür ışık aralığına kadar uzanan daha geniş dalga boyu kapsama alanı sağlayan Kanada'daki NIRISS (Yakın Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarıksız Spektrograf) cihazı sayesinde pusluluğu yıldız noktalarından net bir şekilde ilk kez ayırdığımız zamandır.”

Yanan bir atmosferde su, karbondioksit ve bulutlar

HAT-P-18 sisteminde dış gezegeni ve yıldızı modelledikten sonra iREx gökbilimcileri, HAT-P-18 b'nin atmosferinin bileşiminin mikro incelemesini gerçekleştirdiler. Araştırmacılar, ötegezegenin kendi yıldızının yanından geçerken atmosferinden süzülen ışığı inceleyerek su buharı (H2O) ve karbondioksitin (CO2) varlığını tespit etti.

Araştırmacılar ayrıca olası sodyum varlığını araştırdılar ve HAT-P-18 b'nin atmosferinde, içindeki birçok molekülün sinyallerini susturan bir bulut yüzeyinin güçlü işaretlerini gözlemlediler. Ayrıca yıldızın yüzeyinin, verilerin yorumlanmasını önemli ölçüde etkileyebilecek birçok karanlık noktayla kaplı olduğu sonucuna vardılar.

Johns Hopkins Üniversitesi'nden bir ekip tarafından yönetilen aynı James Webb Uzay Teleskobu verilerinin daha önceki bir analizi de su ve karbon dioksitin net bir şekilde tespit edildiğini ortaya çıkardı, ancak aynı zamanda aerosol adı verilen küçük yüksek irtifa parçacıklarının tespit edildiğini ve metan ipuçlarının bulunduğunu da bildirdi (CH4) ). iREx gökbilimcileri farklı bir tablo çiziyor.

CH4'ün keşfi henüz doğrulanmadı ve tespit ettikleri suyun miktarı daha önce tespit edilenden on kat daha azdı. Ayrıca, önceki çalışmada keşfedilen bulanıklığın yıldızın yüzeyindeki yıldız noktalarından kaynaklanabileceğini de bulmuşlar ve bu da analizde yıldızın dikkate alınmasının önemini vurgulamıştır.

Bir dış gezegen yaşamı destekleyebilir mi? Olasılık dışı. Su, karbondioksit ve metan gibi moleküller belirli oranlarda veya diğer moleküllerle kombinasyon halinde biyolojik imza veya yaşam belirtisi olarak yorumlanabilirken, HAT-P-18 b'nin kavurucu sıcaklığı 600 dereceye yakın. santigrat Bu, gezegenin yaşanabilirliği açısından iyiye işaret değil.

James Webb Uzay Teleskobu'nun diğer bir aracı olan Yakın Kızılötesi Spektrometre (NIRSpec) ile gelecekte yapılacak gözlemler, ekibin karbondioksit keşfi gibi sonuçlarının iyileştirilmesine yardımcı olmayı ve Satürn'ün bu sıcak dış gezegeninin karmaşıklıklarına daha fazla ışık tutmayı vaat ediyor. .

Referans: Marilou Fournier Tondreau, Ryan J. MacDonald, Michael Radica, David Lafrenière, Louis Wilbanks, Carolyn Piolette, “NIRISS ile HAT-P-18 b'nin yakın kızılötesi iletim spektroskopisi: JWST döneminde gezegensel ve yıldızsal özelliklerin yapısökümü” Louis Philippe Coulombe, Romain Allart, Kim Morel, Etienne Artigao, Loic Albert, Olivia Lim, Rene Doyon, Björn Beneke, Jason F. Roux, Antoine Darvaux-Bernier, Nicholas B. Cowan, Nicole K. Lewis, Neil James Cook, Laura Flagg, Frédéric Genest, Stephane Pelletier, Doug Johnston, Lisa Dang, Lisa Kaltenegger, Jake Taylor ve Jake D. Turner, 9 Aralık 2023, Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.
doi: 10.1093/manras/stad3813