Tähtitieteilijät tarjoavat "kenttäoppaan" eksoplaneetoille, jotka tunnetaan kuumina Jupitereina

Kuumat Jupiterit – jättiläiskaasuplaneetat, jotka kilpailevat isäntätähtensä ympäri äärimmäisen tiukoilla kiertoradoilla – ovat tulleet hieman vähemmän salaperäisiksi uuden tutkimuksen ansiosta, jossa teoreettinen mallinnus yhdistettiin Hubble-avaruusteleskoopin havaintoihin.

Aiemmat tutkimukset keskittyivät enimmäkseen yksittäisiin maailmoihin, jotka on luokiteltu"hot Jupiters" Koska ne ovat pinnallisesti samankaltaisia ​​oman aurinkokuntamme kaasujättiläisen kanssa, uusi tutkimus on ensimmäinen, joka tarkastelee laajempaa populaatiota kummallisista maailmoista. JulkaistuLuonnon tähtitiede, Arizonan yliopiston tutkijan johtama tutkimus tarjoaa tähtitieteilijöille ennennäkemättömän"field guide" kuumille Jupitereille ja tarjoaa yleiskuvan planeettojen muodostumisesta.

Vaikka tähtitieteilijät ajattelevat, että vain noin yksi kymmenestä tähdestä sisältää eksoplaneetan kuumassa Jupiter-luokassa, omituiset planeetat muodostavat huomattavan osan tähän mennessä löydetyistä eksoplaneetoista, koska ne ovat suurempia ja kirkkaampia kuin muut eksoplaneetat, kuten kuin kivisiä, enemmän maapallon kaltaisia ​​planeettoja tai pienempiä, viileämpiä kaasuplaneettoja. Kaikki kuumat Jupiterit kiertävät isäntätähteään kooltaan noin kolmannesta Jupiterin koosta 10:een Jupiterin massaan erittäin läheltä, yleensä paljon lähempänä kuin aurinkokuntamme sisin planeetta Merkurius on aurinkoa. A"vuosi" tyypillisellä kuumalla Jupiterilla kestää tunteja tai enintään muutaman päivän. Vertailun vuoksi: Merkuriuksella kestää lähes kolme kuukautta auringon ympäri matkaa.

Läheisten kiertoratojensa vuoksi useimpien, elleivät kaikki, kuumat Jupiterit uskotaan olevan lukittuneena nopeaan syleilyyn isäntätähtensä kanssa siten, että toinen puoli on ikuisesti alttiina tähden':n säteilylle ja toinen on verhottu. ikuisessa pimeydessä. Tyypillisen kuuman Jupiterin pinta voi lämmetä jopa lähes 5 000 Fahrenheit-astetta" viileämpi" näytteet, jotka saavuttavat 1 400 astetta - riittävän kuumia sulattamaan alumiinia.

Tutkimuksessa, jota johti Megan Mansfield, NASA Sagan Fellow Arizonan yliopiston'n Steward Observatorysta, käytettiin Hubble-avaruusteleskoopilla tehtyjä havaintoja, joiden avulla tiimi pystyi mittaamaan suoraan kuumista Jupitereista peräisin olevia emissiospektrejä. huolimatta siitä, että Hubble ei pysty kuvaamaan mitään näistä planeetoista suoraan.

& quot;Nämä järjestelmät, nämä tähdet ja niiden kuumat Jupiterit, ovat liian kaukana yksittäisen tähden ja sen planeetan selvittämiseksi," Mansfield sanoi."Näemme vain pisteen – näiden kahden yhdistetyn valonlähteen."

Mansfield ja hänen tiiminsä käyttivät menetelmää, joka tunnetaan nimellä toissijainen pimennys, saadakseen havainnoista tietoa, jonka avulla he pystyivät kurkistamaan syvälle planeetoille' ilmakehässä ja saada tietoa niiden rakenteesta ja kemiallisesta koostumuksesta. Tekniikka sisältää toistuvia havaintoja samasta järjestelmästä, jolloin planeetta saadaan kiinni sen kiertoradan eri kohdista, mukaan lukien kun se putoaa tähden taakse.

& quot;Mittaamme periaatteessa tähdestä ja sen planeetalta tulevaa yhdistettyä valoa ja vertaamme tätä mittausta siihen, mitä näemme, kun planeetta on piilotettu tähtensä taakse," Mansfield sanoi."Tämän avulla voimme vähentää tähden' panoksen ja eristää planeetan lähettämän valon, vaikka emme näe sitä suoraan."

Pimennystiedot tarjosivat tutkijoille käsityksen kuuman Jupiterin ilmakehän lämpörakenteesta ja antoivat heille mahdollisuuden rakentaa kullekin yksittäiselle lämpötila- ja paineprofiilille. Tämän jälkeen ryhmä analysoi lähi-infrapunavaloa, joka on aallonpituuksien kaista, joka on juuri ihmisten näkemän alueen ulkopuolella ja joka tulee jokaisesta kuumasta Jupiter-järjestelmästä niin kutsuttujen absorptioominaisuuksien vuoksi. Koska jokaisella molekyylillä tai atomilla on oma erityinen absorptioprofiilinsa, kuten sormenjälki, eri aallonpituuksien tarkastelu antaa tutkijoille mahdollisuuden saada tietoa kuumien Jupiterien kemiallisesta koostumuksesta. Jos esimerkiksi planeetan' ilmakehässä on vettä, se absorboi valoa 1,4 mikronin verran, mikä kuuluu Hubblen erittäin hyvin näkemälle aallonpituusalueelle.

& quot;Yllätyllä tavalla käytämme molekyylejä skannataksemme ilmakehän läpi näillä kuumilla Jupitereilla," Mansfield sanoi."Havaitsemamme spektrin avulla voimme saada tietoa siitä, mistä ilmakehä koostuu, ja voimme myös saada tietoa siitä, miltä ilmakehän rakenne näyttää."

Ryhmä meni askeleen pidemmälle kvantifioimalla havainnointitiedot ja vertaamalla niitä malleihin fyysisista prosesseista, joiden uskotaan toimivan kuumien Jupiterien ilmakehässä. Kaksi sarjaa sopivat hyvin yhteen, mikä vahvistaa, että monet ennusteet planeetoista' Teoreettiseen työhön perustuva luonto näyttää olevan oikea Mansfieldin mukaan, joka sanoi havainnot" jännittäviä, koska ne olivat kaikkea muuta kuin taattuja."

Tulokset viittaavat siihen, että kaikki kuumat Jupiterit, eivät vain tutkimukseen sisältyvät 19, sisältävät todennäköisesti samanlaisia ​​molekyylejä, kuten vettä ja hiilimonoksidia, sekä pienempiä määriä muita molekyylejä. Yksittäisten planeettojen välisten erojen pitäisi enimmäkseen olla näiden molekyylien vaihtelevia suhteellisia määriä. Löydökset paljastivat myös, että havaitut veden imeytymisominaisuudet vaihtelivat hieman kuumasta Jupiterista toiseen.

& quot;Yhdessä tarkasteltuna tulokset kertovat meille, että meillä on hyvä mahdollisuus saada selville ne isot asiat, jotka tapahtuvat näiden planeettojen kemiassa," Mansfield sanoi."Samaan aikaan jokaisella planeetalla on oma kemiallinen koostumus, ja se vaikuttaa myös siihen, mitä näemme havainnoissamme."

Kirjoittajien mukaan tuloksia voidaan käyttää ohjaamaan odotuksia siitä, mitä tähtitieteilijät voivat nähdä, kun he katsovat kuumaa Jupiteria, jota' ei ole tutkittu aiemmin. NASAn':n uutisten lippulaivateleskoopin, James Webb -avaruusteleskoopin, laukaisu, joka on suunniteltu tapahtuvaksi 18. joulukuuta, on innostunut eksoplaneettojen metsästäjistä, koska Webb näkee paljon laajemmassa infrapunavalossa ja mahdollistaa paljon enemmän yksityiskohtainen katsaus eksoplaneettoihin, mukaan lukien kuumat Jupiterit.

& quot;Emme vieläkään tiedä' kuinka planeetat muodostuvat yleensä, ja yksi tapa, jolla yritämme ymmärtää, kuinka se voi tapahtua, on tarkastella näiden kuumien ilmakehyksiä. Jupiterit ja sen selvittäminen, kuinka ne päätyivät sinne missä he ovat," Mansfield sanoi."Hubble-tietojen avulla voimme tarkastella trendejä tutkimalla veden imeytymistä, mutta kun puhumme ilmakehän koostumuksesta kokonaisuutena, on monia muita tärkeitä molekyylejä, joita haluat tarkastella, kuten esim. hiilimonoksidia ja hiilidioksidia, ja JWST antaa meille mahdollisuuden myös tarkkailla niitä."