Космический телескоп Джеймса Уэбба показывает атмосферу экзопланеты, как никогда раньше

Новые наблюдения WASP-39b с помощью JWST дали более четкое представление об экзопланете, показав присутствие натрия, калия, воды, двуокиси углерода, окиси углерода и двуокиси серы в атмосфере планеты. На иллюстрации этого художника также показаны недавно обнаруженные участки облаков, разбросанных по всей планете. Предоставлено: Мелисса Вайс/Астрофизический центр | Гарвард и Смитсоновский

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) только что сделал еще одну первую запись: детальное молекулярное и химическое изображение неба далекого мира.

Высокочувствительная приборная панель телескопа была направлена ​​на атмосферу «горячего Сатурна» — планеты с массой Сатурна, вращающейся вокруг звезды на расстоянии около 700 световых лет, известной как WASP-39 b. В то время как JWST и другие космические телескопы, включая Хаббл и Спитцер, ранее обнаруживали изолированные компоненты атмосферы этой планеты, новые данные дают полный каталог атомов, молекул и даже признаков активной химии и облаков.

«Четкость сигналов от ряда различных частиц в данных замечательна», — говорит Мерседес Лопес-Моралес, астроном из Центра астрофизики. Гарвардского и Смитсоновского институтов, а также одного из ученых, внесших свой вклад в новые открытия.

«Мы ожидали увидеть многие из этих сигналов, но когда я впервые увидел данные, я был в восторге», — добавляет Лопес-Моралес.

Последние данные также дают представление о том, как эти экзопланетные облака могут выглядеть вблизи: рыхлая, а не единая однородная пелена над планетой.

Космический телескоп Джеймса Уэбба показывает атмосферу экзопланеты, как никогда раньше

Состав атмосферы экзопланеты горячего газового гиганта WASP-39 b был определен космическим телескопом NASA/ESA/CSA James Webb. На этом графике показаны четыре спектра пропускания от трех приборов Webb, работающих в четырех режимах прибора. Все они нанесены в едином масштабе в диапазоне от 0,5 до 5,5 микрон. Спектр передачи создается путем сравнения звездного света, который фильтруется через атмосферу планеты, когда она движется перед звездой, с нефильтрованным звездным светом, который обнаруживается, когда планета находится рядом со звездой. Каждая из точек данных (белые кружки) на этих графиках представляет определенное количество света с длиной волны, которое планета блокирует и поглощает ее атмосфера. Длины волн, преимущественно поглощаемые атмосферой, проявляются в виде пиков в спектре пропускания. Синяя линия — это наиболее подходящая модель, учитывающая известные данные и свойства WASP-39 b и ее звезды (например, размер, массу и температуру), а также предполагаемые свойства атмосферы. Исследователи могут изменять параметры модели, изменяя неизвестные свойства, такие как высота облаков в атмосфере и содержание различных газов, чтобы получить лучшее соответствие и лучшее понимание того, что такое атмосфера на самом деле. Вверху слева данные NIRISS показывают отпечатки калия (K), воды (H2O) и окиси углерода (CO). В правом верхнем углу данные NIRCam показывают заметную гидрофильную сигнатуру. Внизу слева данные NIRSpec указывают на воду, диоксид серы (SO2), диоксид углерода (CO2) и монооксид углерода (CO). В правом нижнем углу дополнительные данные NIRSpec показывают все эти молекулы в дополнение к натрию (Na). Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA, Дж. Олмстед (STScI)

Результаты являются хорошим предзнаменованием для способности JWST выполнять широкий спектр исследований экзопланет — планет вокруг других звезд — на которые надеялись ученые. Это включает в себя изучение атмосфер небольших каменистых планет, например, в системе TRAPPIST-1.

Мы заметили экзопланета «Совместное использование нескольких инструментов обеспечивает широкий диапазон инфракрасного спектра и набор химических сигнатур, недоступных до JWST», — сказала Натали Баталья, астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз, которая внесла свой вклад и помогла координировать новое исследование. Такие данные меняют правила игры».

Коллекция открытий подробно описана в наборе из пяти недавно представленных научных статей, доступных на сайте препринтов arXiv. Среди беспрецедентных открытий — первое обнаружение в атмосфере экзопланеты диоксида серы, молекулы, образующейся в результате химических реакций, генерируемых высокоэнергетическим светом родительской звезды планеты. На Земле защитный озоновый слой находится в верхние слои атмосферы Он создается аналогичным образом.

Космический телескоп Джеймса Уэбба показывает атмосферу экзопланеты, как никогда раньше

На этом изображении показано, как художник представляет планету WASP-39 b и ее звезду. Планета имеет мутную оранжево-голубую атмосферу с намеками на продольные полосы облаков внизу. Левый квадрант планеты (сторона, обращенная к звезде) освещен, а остальная часть находится в тени. Звезда яркая желтовато-белая, без четких контуров. Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA, Дж. Олмстед (STScI)

«Удивительное открытие диоксида серы наконец-то подтверждает, что фотохимия формирует «горячий климат Сатурна», — говорит Дайана Пауэлл, научный сотрудник NASA Hubble, астроном из Астрофизического центра и главный член группы, открывшей диоксид серы. . Земля также состоит из фотохимии, поэтому наша планета имеет больше общего с «горячим Сатурном», чем мы знали раньше».

Гия Адамс, аспирантка Гарварда и исследователь Центра астрофизики, проанализировала данные, подтверждающие сигнал диоксида серы.

«Мне как начинающему исследователю атмосфер экзопланет очень интересно быть частью такого открытия», — говорит Адамс. «Процесс анализа этих данных казался волшебным. Мы видели намеки на эту функцию в ранних данных, но этот инструмент с высоким разрешением выявил сигнатуру SO».2 ясно и помогло нам разгадать тайну».

При предполагаемой температуре 1600 градусов по Фаренгейту и атмосфере, состоящей в основном из водорода, WASP-39 b не считается пригодным для жизни. Экзопланету сравнивают как с Сатурном, так и с Юпитером, с массой, аналогичной Сатурну, но с общим размером размером с Юпитер. Но новая работа указывает путь к поиску доказательств возможной жизни на обитаемой планете.

Близость планеты к своей родительской звезде — в восемь раз ближе, чем Меркурий к нашему солнцу — также делает ее лабораторией для изучения воздействия излучения родительских звезд на экзопланеты. Лучшее знание связи между звездой и планетой должно привести к более глубокому пониманию того, как эти процессы создают разнообразие наблюдаемых планет в галактике.

Другие компоненты атмосферы, обнаруженные JWST, включают натрий, калий и Водяной парподтверждая предыдущие наблюдения с помощью космических и наземных телескопов, а также обнаруживая дополнительные особенности воды на более длинных волнах, которых раньше не видели.

JWST тоже видел Углекислый газ с более высоким разрешением, предоставляя вдвое больше данных, полученных из ее предыдущих наблюдений. пока, Монооксид углерода был обнаружен, но в данных отсутствовали четкие признаки как метана, так и сероводорода. Если они существуют, эти молекулы встречаются на очень низком уровне, что является важным открытием для ученых, изучающих химию экзопланет, чтобы лучше понять формирование и эволюцию этих далеких миров.

Захват такого широкого спектра атмосферы WASP-39 b был мощным научным достижением, поскольку международная команда оцифровала сотни независимо проанализированных данных с четырех режимов точно откалиброванных инструментов JWST. Затем они подробно сравнили свои выводы, получив более точные с научной точки зрения результаты.

JWST видит вселенную в Инфракрасный свет, на красном конце светового спектра за пределами того, что может видеть человеческий глаз; Это позволяет телескопу улавливать химические сигнатуры, которые невозможно обнаружить в видимом свете.

Каждый из трех инструментов даже имеет в своем названии версию инфракрасного «ИК»: NIRSpec, NIRCam и NIRISS.

Чтобы увидеть свет от WASP-39 b, JWST отслеживал планету, когда она проходила перед своей звездой, позволяя части света звезды фильтроваться через атмосферу планеты. Различные типы химических веществ в атмосфере поглощают разные цвета спектра звездного света, поэтому недостающие цвета сообщают астрономам, какие молекулы присутствуют.

Тщательно изучив экзопланету атмосферыпроизводительность инструментов JWST превосходит ожидания ученых и обещает новую фазу исследования широкого спектра экзопланет галактики.

«Я с нетерпением жду возможности увидеть, что мы находим в атмосферах малых планет земной группы», — говорит Лопес-Моралес.

Дополнительная информация:
Шанг-Мин Цай и др., Прямые доказательства фотохимии в атмосфере экзопланеты, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10490

Лили Алдерсон и др., Наука о ранних запусках экзопланет WASP-39b с помощью JWST NIRSpec G395H, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10488

З. Рустамкулов и др., Раннее исследование экзопланеты WASP-39b с помощью JWST NIRSpec PRISM, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10487

Ева-Мария Арер и др., Наука о раннем запуске экзопланеты WASP-39b с JWST NIRCam, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10489

Адина Д. Файнштейн и др., Наука о раннем запуске экзопланеты WASP-39b с JWST NIRISS, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10493

Информация журнала:
arXiv


цитата: Космический телескоп Джеймса Уэбба показывает невиданную ранее атмосферу экзопланеты (22 ноября 2022 г.).

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

READ  Запуск НАСА CAPSTONE на Луну отложен — космический корабль будет первым, кто полетит по уникальной лунной орбите

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.