Bir sanatçının “sıcak Jüpiter” güneş dışı gezegen konsepti. Kredi: NASA/JPL-Caltech
birleştirerek Hubble uzay teleskobu Teorik modellerle gözlemler yaparak, bir gökbilimciler ekibi, sıcak Jüpiterler olarak bilinen çeşitli ötegezegenlerin kimyasal ve fiziksel yapısı hakkında fikir edindi. Bulgular, bu gezegen grubu için yeni ve geliştirilmiş bir “alan rehberi” sağlıyor ve genel olarak gezegen oluşumu hakkında fikir veriyor.
Sıcak Jüpiterler – son derece dar yörüngelerde ev sahibi yıldızlarının etrafında yarışan dev gaz gezegenler – teorik modellemeyi Hubble Uzay Teleskobu tarafından yapılan gözlemlerle birleştiren yeni bir çalışma sayesinde biraz daha az gizemli hale geldi.
Önceki çalışmalar çoğunlukla kendi güneş sistemimizdeki gaz devi ile yüzeysel benzerlikleri nedeniyle “sıcak Jüpiter” olarak sınıflandırılan bireysel dünyalara odaklanırken, yeni çalışma garip dünyaların daha geniş bir popülasyonuna bakan ilk çalışmadır.
Dergide yayınlanan çalışma, Doğa Astronomi, gökbilimcilere sıcak Jüpiterler için benzeri görülmemiş bir “alan rehberi” sağlıyor ve genel olarak gezegen oluşumu hakkında fikir veriyor. Arizona Üniversitesi Steward Gözlemevi’nden Megan Mansfield tarafından yönetildi ve ASU’nun ortak yazarı ve Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu’ndan Yardımcı Doçent Michael Line’ı içeriyor. Diğer ASU yazarları arasında şu anki doktora öğrencisi Lindsey Wiser ve eski doktora öğrencisi Ehsan Gharib-Nezhad bulunmaktadır. NASA Ames Araştırma Merkezi.
Gökbilimciler, 10 yıldızdan sadece 1’inin bir yıldıza ev sahipliği yaptığını düşünmelerine rağmen, ötegezegen sıcakta Jüpiter sınıf, tuhaf gezegenler, kayalık, daha fazla Dünya benzeri gezegenler veya daha küçük, daha soğuk gaz gezegenleri gibi diğer ötegezegen türlerinden daha büyük ve daha parlak olmaları nedeniyle bugüne kadar keşfedilen dış gezegenlerin önemli bir bölümünü oluşturur. Jüpiter’in boyutunun yaklaşık üçte birinden 10 Jüpiter kütlesine kadar değişen tüm sıcak Jüpiterler, ev sahibi yıldızlarının yörüngesinde son derece yakın bir mesafede, genellikle güneş sistemimizdeki en içteki gezegen olan Merkür’ün güneşe olduğundan çok daha yakın bir mesafede dönerler. Tipik bir sıcak Jüpiter’de bir “yıl” saatler veya en fazla birkaç gün sürer. Karşılaştırma için, Merkür’ün güneş etrafındaki bir turunu tamamlaması neredeyse üç ay sürer.
Yakın yörüngeleri nedeniyle, hepsi olmasa da çoğu, sıcak Jüpiter’in, bir tarafı sonsuza kadar yıldızın radyasyonuna maruz kalan ve diğer tarafı sürekli karanlıkta kalan, ev sahibi yıldızlarıyla yüksek hızlı bir kucaklamada kilitli olduğu düşünülmektedir. Tipik bir sıcak Jüpiter’in yüzeyi neredeyse 5.000 dereceye kadar ısınabilir. Fahrenhayt1.400 dereceye ulaşan “soğuk” numunelerle – alüminyumu eritecek kadar sıcak.
Araştırma, Hubble’ın bu gezegenlerin hiçbirini doğrudan görüntüleyememesine rağmen, ekibin sıcak Jüpiter’den gelen emisyon spektrumlarını doğrudan ölçmesine izin veren Hubble Uzay Teleskobu ile yapılan gözlemleri kullandı.
Mansfield, “Bu sistemler, bu yıldızlar ve onların sıcak Jüpiterleri, tek tek yıldızı ve gezegenini çözmek için çok uzakta.” Dedi. “Tüm görebildiğimiz bir nokta – ikisinin birleşik ışık kaynağı.”
Mansfield ve ekibi, gezegenlerin atmosferlerine derinlemesine bakmalarına ve yapılarına ve kimyasal yapılarına ilişkin içgörü kazanmalarına olanak tanıyan gözlemlerden bilgi almak için ikincil tutulma olarak bilinen bir yöntem kullandı. Teknik, aynı sistemin tekrarlanan gözlemlerini, gezegeni yıldızın arkasına dalması da dahil olmak üzere yörüngesinin çeşitli yerlerinde yakalamayı içerir.
Mansfield, “Temel olarak yıldızdan ve gezegeninden gelen birleşik ışığı ölçüyoruz ve bu ölçümü, gezegen yıldızının arkasına gizlendiğinde gördüğümüzle karşılaştırıyoruz.” Dedi. “Bu, yıldızın katkısını çıkarmamıza ve doğrudan göremesek de gezegenin yaydığı ışığı izole etmemize izin veriyor.”
Tutulma verileri, araştırmacılara sıcak Jüpiter’in atmosferlerinin termal yapısı hakkında fikir verdi ve her biri için ayrı sıcaklık ve basınç profilleri oluşturmalarına izin verdi. Ekip daha sonra, her bir sıcak Jüpiter sisteminden gelen, insanların görebildiği aralığın hemen ötesinde bir dalga boyu bandı olan yakın kızılötesi ışığı, sözde absorpsiyon özellikleri için analiz etti. Çünkü her molekül veya atom parmak izi gibi kendine özgü bir absorpsiyon profiline sahip olması, farklı dalga boylarına bakmak araştırmacıların sıcak Jüpiterlerin kimyasal yapısı hakkında bilgi edinmelerini sağlar. Örneğin, gezegenin atmosferinde su varsa, Hubble’ın çok iyi görebildiği dalga boyları aralığına giren 1,4 mikronluk ışığı emecektir.
Mansfield, “Bir bakıma, bu sıcak Jüpiterlerdeki atmosferleri taramak için moleküller kullanıyoruz” dedi. “Atmosferin neyden yapıldığı hakkında bilgi almak için gözlemlediğimiz spektrumu kullanabiliriz ve atmosferin yapısının nasıl göründüğü hakkında da bilgi alabiliriz.”
Ekip, gözlemsel verileri niceliklendirerek ve Line tarafından geliştirilen, sıcak Jüpiter’in atmosferlerinde iş başında olduğuna inanılan fiziksel süreçlerin modelleriyle karşılaştırarak bir adım daha ileri gitti. Bulguların “heyecan verici çünkü garanti dışında hiçbir şey olmadığını” söyleyen Mansfield’e göre, iki küme çok iyi eşleşti ve gezegenlerin doğası hakkında teorik çalışmaya dayanan birçok tahminin doğru göründüğünü doğruladı.
Sonuçlar, yalnızca çalışmaya dahil edilen 19 Jüpiter’in değil, tüm sıcak Jüpiterlerin, daha küçük miktarlarda diğer moleküllerle birlikte su ve karbon monoksit gibi benzer molekül kümelerini içermesinin muhtemel olduğunu gösteriyor. Tek tek gezegenler arasındaki farklılıklar, çoğunlukla bu moleküllerin değişen nispi miktarlarına denk gelmelidir. Bulgular ayrıca, gözlemlenen su emme özelliklerinin bir sıcak Jüpiter’den diğerine biraz değiştiğini ortaya koydu.
Mansfield, “Birlikte ele alındığında, sonuçlarımız bize bu gezegenlerin kimyasında meydana gelen büyük resim öğelerine sahip olmamız için iyi bir şans olduğunu söylüyor.” Dedi. “Aynı zamanda, her gezegenin kendi kimyasal yapısı vardır ve bu da gözlemlerimizde gördüklerimizi etkiler.”
Ortak yazar Line, “Geçtiğimiz on yılda sıcak Jüpiter atmosferleriyle ilgili birçok heyecan verici ve beklenmedik bulgular oldu. Bu araştırmayla ilgili güzel olan şey, belki de bu dünyaların başlangıçta beklediğimiz kadar egzotik olmamasıdır; model tahminlerimizle uyumlu görünüyorlar.”
Yazarlara göre, sonuçlar, astronomların daha önce çalışılmamış sıcak bir Jüpiter’e bakarken görebilecekleri beklentilerine rehberlik etmek için kullanılabilir. NASA’nın haber amiral gemisi teleskopunun lansmanı, James Webb Uzay Teleskobu (JWST), Webb’in çok daha geniş bir kızılötesi ışık aralığında görebildiği ve sıcak Jüpiterler de dahil olmak üzere ötegezegenlere çok daha ayrıntılı bir bakış sunacağı için, ötegezegen avcılarını heyecanlandırdı.
“Gezegenlerin genel olarak nasıl oluştuğu hakkında hala bilmediğimiz çok şey var ve bunun nasıl olabileceğini anlamaya çalışmamızın yollarından biri de bu sıcak Jüpiter’lerin atmosferlerine bakmak ve nasıl olduklarını anlamaktır. neredeler,” dedi Mansfield. “Hubble verileriyle, su emilimini inceleyerek trendlere bakabiliriz, ancak bir bütün olarak atmosferin bileşimi hakkında konuşurken karbon monoksit ve karbon gibi bakmak istediğiniz başka birçok önemli molekül var. dioksit ve JWST bize bunları da gözlemleme şansı verecek.”
Referans: Megan Mansfield, Michael R. Line, Jacob L. Bean, Jonathan J. Fortney, Vivien Parmentier, Lindsey Wiser, Eliza M.-R. Kempton, Ehsan Gharib-Nezhad, David K. Sing, Mercedes López-Morales, Claire Baxter, Jean-Michel Désert, Mark R. Swain ve Gael M. Roudier, 21 Ekim 2021, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-021-01455-4
Bu makale Arizona Üniversitesi’nden Daniel Stolte tarafından, ASU’nun Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu’ndan Karin Valentine’in katkılarıyla yazılmıştır.