James Webb Uzay Teleskobu, uzak dünyanın kimyasal sırlarını açığa çıkarıyor – Dünya benzeri gezegenleri incelemenin yolunu açıyor

1995 yılında güneş dışında bir yıldızın yörüngesinde dönen ilk gezegen keşfedildiğinden beri, gezegenlerin ve gezegen sistemlerinin hayal ettiğimizden çok daha çeşitli olduğunu fark ettik. Bu tür uzak dünyalar – ötegezegenler – bize gezegenlerin farklı durumlarda nasıl davrandıklarını inceleme fırsatı verir. Ve atmosferleri hakkında bilgi edinmek yapbozun çok önemli bir parçasıdır.

NASA’nın James Webb uzay teleskobu (JWST) uzaydaki en büyük teleskoptur. 2021 Noel Günü’nde kullanıma sunulan bu araç, bu dünyaları araştırmak için mükemmel bir araçtır. Şimdi meslektaşlarım ve ben ilk kez bir ötegezegenin kimyasal yapısını ortaya çıkarmak için teleskopu kullandık. Ve veri, piyasaya sürülmüş ön baskıda biçim (hakemli bir dergide henüz yayınlanmadığı anlamına gelir), bazı şaşırtıcı sonuçlar önerir.

Birçok dış gezegen, bu güçlü teleskopun bile onları ayırt etmesi için ana yıldızlarına çok yakındır. Ancak gezegenin yıldızının önünden geçişini (geçişini) izleme hilesini kullanabiliriz. Geçiş sırasında, gezegen yıldız ışığının küçük bir kısmını engeller ve yıldız ışığının daha da küçük bir kısmı gezegenin atmosferinin dış katmanlarından süzülür.

Atmosferdeki gazlar ışığın bir kısmını emer – yıldız ışığında belirli renklerde veya dalga boylarında parlaklıkta azalma şeklinde parmak izleri bırakır. JWST, kızılötesi bir teleskop olduğu için özellikle ötegezegen atmosfer çalışmaları için uygundur. Atmosferde bulunan su buharı ve karbondioksit gibi gazların çoğu, görünür ışık yerine kızılötesini soğurur.

JSTW’yi kabaca Jüpiter büyüklüğünde bir gezegeni incelemek için kullanan uluslararası bir dış gezegen bilim ekibinin parçasıyım. WASP-39b. Bununla birlikte, Jüpiter’in aksine, bu dünya yıldızının etrafında dönmesi yalnızca birkaç gün sürüyor, bu yüzden pişiyor – 827°C’yi aşan sıcaklıklara ulaşıyor. Bu bize bir gezegen atmosferinin aşırı sıcaklık koşullarında nasıl davrandığını keşfetmemiz için mükemmel bir fırsat sunuyor.

Bu büyüleyici gezegenin şimdiye kadarki en eksiksiz spektrumunu elde etmek için JWST’yi kullandık. Aslında, çalışmamız gezegenin atmosferinin ilk kimyasal envanterini temsil ediyor.

Bu büyük gezegenin atmosferinin çoğunun, evrendeki en hafif ve en bol gazlar olan hidrojen ve helyum karışımı olması gerektiğini zaten biliyorduk. Ve Hubble teleskopu daha önce orada su buharı, sodyum ve potasyum tespit etmişti.

Şimdi, tespitimizi doğrulayabildik ve su buharı miktarının bir ölçümünü yapabildik. Veriler ayrıca aşağıdakiler de dahil olmak üzere başka gazların da olduğunu gösteriyor: karbon dioksit, karbonmonoksitve beklenmedik bir şekilde, kükürt dioksit.

Atmosferde bu gazların her birinin ne kadarının bulunduğunu ölçmek, gazları oluşturan hidrojen, oksijen, karbon ve kükürt gibi elementlerin nispi miktarlarını tahmin edebileceğimiz anlamına gelir. Gezegenler, genç bir yıldızın etrafındaki bir toz ve gaz diskinde oluşur ve yıldızdan farklı uzaklıklardaki bir bebek gezegende bu elementlerin farklı miktarlarının bulunmasını bekleriz.

WASP-39b’nin oksijene göre nispeten düşük miktarda karbonu var gibi görünüyor, bu da onun muhtemelen yıldızdan daha uzak bir mesafede oluştuğunu ve diskteki su buzu kolayca absorbe edebildiğini (oksijenini artırarak) gösteriyor. yörünge. Bu gezegen göç ettiyse, gezegen oluşumuyla ilgili teorilerimizi geliştirmemize yardımcı olabilir ve Güneş Sistemimizdeki dev gezegenlerin de erkenden oldukça hareket ettiği ve sallandığı fikrini destekler.

kükürtlü bir anahtar

Oksijene göre tespit ettiğimiz kükürt miktarı WASP-39b için oldukça yüksek. Genç bir gezegen sistemindeki kükürdün atmosferik bir gazdan çok kaya ve moloz parçalarında yoğunlaşmasını beklerdik. Bu, WASP-39b’nin kükürt içeren kaya parçalarıyla alışılmadık miktarda çarpışma geçirmiş olabileceğini gösteriyor. Bu sülfürün bir kısmı gaz olarak salınır.

Bir gezegenin atmosferinde, farklı kimyasallar, ne kadar sıcak olduğuna bağlı olarak birbirleriyle farklı oranlarda reaksiyona girer. Genellikle bunlar, reaksiyonlar birbirini dengeledikçe her bir gazın toplam miktarlarının sabit kalmasıyla bir denge durumuna geçer. Bir dizi başlangıç ​​noktası için WASP-39b’nin atmosferinde hangi gazları göreceğimizi tahmin etmeyi başardık. Ancak hiçbiri kükürt dioksit bulmadı, bunun yerine herhangi bir kükürdün farklı bir gaz olan hidrojen sülfürde hapsedilmesini bekledi.

Kimyasal yapbozun eksik parçası, adı verilen bir süreçti. fotokimya. Bu, belirli kimyasal reaksiyonların hızlarının, atmosferin sıcaklığından ziyade yıldızdan gelen fotonların (ışık paketlerinin) enerjisi tarafından yönlendirildiği zamandır. WASP-39b çok sıcak olduğundan ve reaksiyonlar genellikle daha yüksek sıcaklıklarda hızlandığından, fotokimyanın ortaya çıktığı kadar önemli olmasını beklemiyorduk.

Veriler, atmosferdeki su buharının ışıkla oksijen ve hidrojene ayrıldığını gösteriyor. Bu ürünler daha sonra gaz hidrojen sülfit ile reaksiyona girerek, sonunda hidrojeni uzaklaştırır ve kükürt dioksit oluşturmak için onu oksijenle değiştirir.

JWST için sırada ne var?

Fotokimya, yaşanabilir olabilecek daha soğuk gezegenlerde daha da önemlidir – kendi gezegenimizdeki ozon tabakası bir fotokimyasal süreçle oluşur. JWST, faaliyete geçtiği ilk yıl boyunca Trappist-1 sistemindeki kayalık dünyaları gözlemleyecek. Bu ölçümlerden bazıları zaten yapıldı ve bu gezegenlerin tümü Dünya’nınkine daha yakın sıcaklıklara sahip.

Hatta bazıları yüzeyde sıvı su ve potansiyel olarak yaşam olması için doğru sıcaklığa sahip olabilir. Fotokimyanın atmosferik bileşimi nasıl etkilediğine dair iyi bir anlayışa sahip olmak, Trappist-1 sisteminin Webb teleskop gözlemlerini yorumlamak için kritik olacaktır. Atmosferdeki belirgin bir kimyasal dengesizlik yaşamın varlığına işaret edebileceğinden bu özellikle önemlidir, bu nedenle bunun için diğer olası açıklamaların farkında olmamız gerekir.

WASP-39b kimyasal envanteri bize bir JWST aracının ne kadar güçlü olduğunu gösterdi. Dış gezegen biliminde çok heyecan verici bir çağın başlangıcındayız, bu yüzden bizi izlemeye devam edin.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.