Bir MIT çalışması, verileri yorumlayacak modeller gelişmezse, astronomların James Webb Uzay Teleskobu verilerindeki gezegen sinyallerini yanlış yorumlama riskini taşıdığını ortaya koyuyor. Bu kavramsal görüntüde, James Webb teleskobu, yeni keşfedilen bir gezegenin (solda) çevresinden gelen ışığı yakalar. Bununla birlikte, bilim adamları bu verileri analiz ettiğinde, opaklık modellerindeki sınırlamalar, büyüklük sırasına göre (sağda 3 olası gezegenle temsil edilen) gezegensel tahminler üretebilir. Kredi bilgileri: Jose-Luis Olivares, MIT. James Webb simgesi NASA’nın izniyle
Mevcut opaklık modellerinin rafine edilmesi, aşağıdakilerin ayrıntılarını çıkarmanın anahtarı olacaktır. ötegezegen özellikler – ve yaşam belirtileri – güçlü yeni teleskoptan alınan verilerde.
NASA‘s James Webb Uzay Teleskobu (JWST) evreni nefes kesici, eşi görülmemiş bir netlikle ortaya koyuyor. Zaten, gözlemevinin muhteşem ultra keskin kızılötesi görüşü, evrendeki en eski yapılardan bazılarını aydınlatmak için kozmik tozu keserek, yüz milyonlarca ışıkyılı uzaklıkta yer alan daha önce gizlenmiş yıldız doğumevleri ve dönen galaksilerle birlikte.
JWST, evreni her zamankinden daha uzağı görmenin yanı sıra, kendi galaksimizdeki nesnelerin en ayrıntılı görüntüsünü yakalayacaktır. Örneğin, Dünya’da keşfedilen 5.000 ötegezegenden bazılarına keskin bir bakış açısı kazandıracak. Samanyolu. Gökbilimciler, teleskopun ışık ayrıştırma hassasiyetinden yararlanarak, bu yakındaki dünyalardan bazılarını çevreleyen atmosferlerin kodunu çözüyorlar. Bir gezegenin nasıl oluştuğuna ve yaşam belirtileri barındırıp barındırmadığına dair ipuçları, atmosferlerinin özelliklerinden deşifre edilebilir.
“Su gibi bir bileşiğin yüzde 5’e karşı yüzde 25’te mevcut olması arasında, mevcut modellerin ayırt edemediği, bilimsel olarak önemli bir fark var.” – Julien de Wit
Ancak yeni bir MİT Çalışma, astronomların tipik olarak ışık tabanlı sinyallerin kodunu çözmek için kullandıkları araçların, yeni teleskopun verilerini doğru bir şekilde yorumlamak için yeterince iyi olmayabileceğini gösteriyor. Spesifik olarak, araştırmacılar, maddenin özelliklerinin bir fonksiyonu olarak ışığın madde ile nasıl etkileşime girdiğini modelleyen opaklık modellerinin, JWST verilerinin kesinliğini eşleştirmek için önemli ölçüde yeniden ayarlanması gerekebileceğini söylüyorlar.
Bu modeller rafine değilse? Bilim adamları, sıcaklık, basınç ve element bileşimi gibi gezegen atmosferlerinin özelliklerinin bir büyüklük sırasına göre değişebileceğini tahmin ediyorlar.
Çalışmanın yardımcı lideri Julien de Wit, “Su gibi bir bileşiğin yüzde 5 ile yüzde 25 oranında mevcut olması arasında, mevcut modellerin ayırt edemediği, bilimsel olarak önemli bir fark var” diyor. MIT’nin Yer, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri (EAPS) Bölümü’nde yardımcı doçenttir.
EAPS lisansüstü öğrencisi Prajwal Niraula, “Şu anda, spektral bilgilerin şifresini çözmek için kullandığımız model, James Webb teleskopundan elde ettiğimiz verilerin kesinliği ve kalitesi ile aynı seviyede değil” diye ekliyor. “Oyunumuzu geliştirmemiz ve opaklık sorununu birlikte çözmemiz gerekiyor.”
De Wit, Niraula ve meslektaşları, çalışmalarını 15 Eylül’de dergide yayınladılar. Doğa Astronomi. Ortak yazarlar arasında Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden spektroskopi uzmanları Iouli Gordon, Robert Hargreaves, Clara Sousa-Silva ve Roman Kochanov yer alıyor.
James Webb Uzay Teleskobu sanatçısının anlayışı. Kredi: NASA-GSFC, Adriana M. Gutierrez (CI Laboratuvarı)
Seviye atlamak
Opaklık, fotonların bir malzemeden ne kadar kolay geçtiğinin bir ölçüsüdür. Bir malzeme içindeki belirli moleküllerle etkileşime girip girmemelerine ve nasıl etkileştiklerine bağlı olarak, belirli dalga boylarındaki fotonlar doğrudan bir malzemeden geçebilir, emilebilir veya geri yansıtılabilir. Bu etkileşim aynı zamanda bir malzemenin sıcaklığına ve basıncına da bağlıdır.
Bir opaklık modeli, ışığın madde ile nasıl etkileşime girdiğine dair çeşitli varsayımlar temelinde çalışır. Gökbilimciler, malzemenin yaydığı ışık spektrumu göz önüne alındığında, bir malzemenin belirli özelliklerini türetmek için opaklık modellerini kullanır. Ötegezegenler bağlamında, bir opaklık modeli, bir gezegenin atmosferindeki kimyasalların türünü ve bolluğunu, bir teleskopun yakaladığı gezegenden gelen ışığa dayalı olarak çözebilir.
De Wit, mevcut son teknoloji opaklık modelini klasik bir dil-çeviri aracına benzetiyor. Üzerindekiler gibi enstrümanlar tarafından alınan spektral verilerin kodunu çözmek için iyi bir iş çıkardığını söylüyor. Hubble uzay teleskobu.
De Wit, “Şimdiye kadar bu Rosetta Stone iyi gidiyor” diyor. “Ama şimdi Webb’in hassasiyetiyle bir sonraki aşamaya geçtiğimize göre, çeviri sürecimiz, bir gezegenin yaşanabilir olup olmaması arasındaki farkı yaratanlar gibi önemli incelikleri yakalamamızı engelleyecek.”
Bu çizim, aynaların ve aletlerin yerleştirildiği Webb teleskobunun soğuk tarafını göstermektedir. Kredi bilgileri: Northrop Grumman
Hafif, rahatsız
O ve meslektaşları, en sık kullanılan opaklık modelini teste soktukları çalışmalarında bu noktaya değiniyor. Bilim adamları, ışık ve maddenin nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımızda belirli sınırlamalar üstlenecek şekilde düzeltilirse, modelin hangi atmosferik özellikleri türeteceğini aradılar. Araştırmacılar, bu tür sekiz “tedirgin” model oluşturdular. Daha sonra, grup tarafından simüle edilen ve JWST’nin göreceği kesinliğe benzer ışık desenleri olan gerçek versiyon olan “sentetik spektrumlar” da dahil olmak üzere her modeli beslediler.
Aynı ışık tayfına dayalı olarak, bozulan her modelin bir gezegenin atmosferinin özellikleri için geniş kapsamlı tahminler ürettiğini buldular. Ekip, analizlerine dayanarak, Webb teleskobu tarafından alınan ışık spektrumlarına mevcut opaklık modelleri uygulanırsa, “kesinlik duvar.” Yani, bir gezegenin atmosferik sıcaklığının 300 Kelvin mi yoksa 600 Kelvin mi olduğunu veya belirli bir gazın atmosfer tabakasının yüzde 5’ini mi yoksa yüzde 25’ini mi kapladığını söyleyecek kadar hassas olmayacaklar.
Niraula, “Bu fark, gezegen oluşum mekanizmalarını kısıtlamamız ve biyo-imzaları güvenilir bir şekilde tanımlamamız için önemlidir” diyor.
Araştırma ekibi ayrıca her modelin verilerle “iyi bir uyum” ürettiğini de buldu. Bu, bozulmuş bir model, araştırmacıların yanlış olduğunu bildiği bir kimyasal bileşim üretse de, o kimyasal bileşimden orijinal spektruma yeterince yakın veya ona “uyan” bir ışık spektrumu da ürettiği anlamına gelir.
De Wit, “Yanlış bir modelle bile ince ayar yapmak için yeterli parametre olduğunu ve yine de iyi bir uyum elde etmek için yeterli parametre olduğunu bulduk, yani modelinizin yanlış olduğunu ve size söylediklerinin yanlış olduğunu bilemezsiniz,” diye açıklıyor.
O ve meslektaşları, modellerin ışık ve çeşitli moleküllerin nasıl etkileşime girdiğine dair varsayımlarını ve ayrıca disiplinler arası işbirliklerini iyileştirmek için daha fazla laboratuvar ölçümü ve teorik hesaplama ihtiyacı da dahil olmak üzere mevcut opaklık modellerinin nasıl iyileştirileceğine dair bazı fikirler ortaya koyuyor ve özellikle, astronomi ve spektroskopi arasında.
Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nde fizikçi olan ortak yazar Iouli Gordon, “Çeşitli ötegezegen atmosferlerinden gelen tayfları güvenilir bir şekilde yorumlamak için, ilgili moleküler spektroskopik parametrelerin yeni doğru ölçümleri ve hesaplamaları için kapsamlı bir kampanyaya ihtiyacımız var” diyor. “Bu parametrelerin referans spektroskopik veritabanlarına ve dolayısıyla gökbilimciler tarafından kullanılan modellere zamanında uygulanması gerekecek.”
Niraula, “Işık ve maddenin nasıl etkileşime girdiğini tam olarak bilseydik, yapılabilecek çok şey var,” diye ekliyor. “Bunu Dünya’nın koşulları hakkında yeterince iyi biliyoruz, ancak farklı atmosfer türlerine geçtiğimizde, işler değişiyor ve bu, artan kalitede, yanlış yorumlama riskini aldığımız çok fazla veri.”
Referans: Prajwal Niraula, Julien de Wit, Iouli E. Gordon, Robert J. Hargreaves, Clara Sousa-Silva ve Roman V. Kochanov, “Exoplanet atmosferik karakterizasyonunda yaklaşan opaklık mücadelesi”, 15 Eylül 2022, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01773-1