Webb uzay teleskobu, kayalık bir ötegezegenin sıcaklığını ölçer

Uluslararası bir araştırma ekibi, kayalık dış gezegen TRAPPIST-1 b’nin sıcaklığını ölçmek için NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu’nu kullandı. Ölçüm, gezegenin termal emisyonuna dayanmaktadır: Webb’in Orta Kızılötesi Enstrümanı (MIRI) tarafından algılanan kızılötesi ışık şeklinde yayılan ısı enerjisi.

Sonuç, gezegenin gündüz tarafının yaklaşık 500 Kelvin (kabaca 230°C) sıcaklığa sahip olduğunu ve önemli bir atmosferi olmadığını gösteriyor. Bu, kendi güneş sistemimizdeki kayalık gezegenler kadar küçük ve soğuk bir ötegezegen tarafından yayılan herhangi bir ışık biçiminin ilk tespitidir. Sonuç, TRAPPIST-1 gibi küçük aktif yıldızların yörüngesinde dönen gezegenlerin yaşamı desteklemek için gerekli atmosferleri sağlayıp sağlayamayacaklarını belirlemede önemli bir adımı işaret ediyor. Ayrıca, Webb’in MIRI kullanarak ılıman, Dünya büyüklüğündeki ötegezegenleri karakterize etme yeteneği için de iyiye işaret ediyor.

NASA’nın Ames Araştırma Merkezi’nde astrofizikçi ve bugün dergide yayınlanan çalışmanın baş yazarı Thomas Greene, “Bu gözlemler gerçekten Webb’in orta kızılötesi yeteneğinden yararlanıyor” dedi. Doğa. “Önceki hiçbir teleskop, bu kadar loş orta kızılötesi ışığı ölçme hassasiyetine sahip değildi.”

Aşırı soğuk kırmızı cücelerin yörüngesinde dönen kayalık gezegenler

2017’nin başlarında gökbilimciler, Dünya’dan 40 ışıkyılı uzaklıkta ultra soğuk bir kırmızı cüce yıldızın (veya M cüce) yörüngesinde dönen yedi kayalık gezegenin keşfedildiğini bildirdi. Gezegenlerle ilgili dikkat çekici olan şey, boyut ve kütle bakımından kendi güneş sistemimizin içteki, kayalık gezegenlerine olan benzerlikleridir. Her ne kadar hepsi yıldızlarına bizim gezegenlerimizin herhangi birinin güneşin yörüngesinden daha yakın yörüngede olsa da -hepsi de Merkür’ün yörüngesine rahatça sığabilir- küçük yıldızlarından karşılaştırılabilir miktarda enerji alıyorlar.

En içteki gezegen olan TRAPPIST-1b, Dünya’nın yaklaşık yüzde biri kadar bir yörünge mesafesine sahiptir ve Dünya’nın güneşten aldığı enerji miktarının yaklaşık dört katı kadarını alır. Sistemin yaşanabilir bölgesi içinde olmamasına rağmen, gezegenin gözlemleri, diğer M-cüce sistemlerinin yanı sıra kardeş gezegenleri hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.

Greene, “Samanyolu’ndaki bu yıldızların sayısı güneşe benzer yıldızların on katı kadardır ve güneş gibi yıldızların kayalık gezegenlere sahip olma olasılığı iki kat daha fazladır” diye açıkladı. “Ama aynı zamanda çok aktifler – gençken çok parlaklar ve bir atmosferi yok edebilecek işaret fişekleri ve X-ışınları yayarlar.”

TRAPPIST-1 sisteminin ilk çalışmalarını yürüten ekipte yer alan Fransa’daki CEA’dan ortak yazar Elsa Ducrot şunları ekledi: “Karasal gezegenleri daha küçük, daha soğuk yıldızlar etrafında karakterize etmek daha kolay. M çevresinde yaşanabilirliği anlamak istiyorsak TRAPPIST-1 sistemi harika bir laboratuvar. Kayalık gezegenlerin atmosferlerine bakmak için elimizdeki en iyi hedefler bunlar.”

Bir atmosferin algılanması (ya da algılanmaması)

TRAPPIST-1 b’nin NASA/ESA Hubble Uzay Teleskobu ve NASA’nın Spitzer Uzay Teleskobu ile önceki gözlemleri, kabarık bir atmosfer için hiçbir kanıt bulamadı, ancak yoğun bir atmosfer olasılığını ortadan kaldıramadı.

Belirsizliği azaltmanın bir yolu gezegenin sıcaklığını ölçmektir. Makalenin ortak yazarlarından CEA’dan Pierre-Olivier Lagage, “Bu gezegen gelgitle kilitlendi, bir tarafı her zaman yıldıza bakıyor ve diğer tarafı sürekli karanlıkta olacak” dedi. “Isıyı dolaştıracak ve yeniden dağıtacak bir atmosferi varsa, gündüz tarafı atmosferin olmadığı duruma göre daha soğuk olacaktır.”

Ekip, MIRI’nin gezegen yıldızın arkasına hareket ederken sistemdeki parlaklık değişimini ölçtüğü ikincil tutulma fotometrisi adı verilen bir teknik kullandı. TRAPPIST-1b kendi görünür ışığını yayacak kadar sıcak olmasa da, kızılötesi bir ışımaya sahiptir. Yıldızın parlaklığını (ikinci tutulma sırasında) yıldızın ve gezegenin toplam parlaklığından çıkararak, gezegen tarafından ne kadar kızılötesi ışık yayıldığını başarılı bir şekilde hesaplayabildiler.

Parlaklıktaki küçük değişiklikleri ölçme

Webb’in ikincil bir güneş tutulması tespit etmesi başlı başına önemli bir kilometre taşıdır. Gezegenden 1000 kat daha parlak olan yıldızla, parlaklıktaki değişim %0,1’den azdır.

Verileri analiz eden Bay Area Çevresel Araştırma Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Taylor Bell, “Tutulmayı kaçıracağımıza dair bazı korkular da vardı. Gezegenlerin hepsi birbirini çekiyor, bu nedenle yörüngeler mükemmel değil” dedi. . “Ama inanılmazdı: Verilerde gördüğümüz tutulmanın zamanı, birkaç dakika içinde tahmin edilen zamanla eşleşti.”

Beş ayrı ikincil tutulma gözleminden elde edilen verilerin analizi, TRAPPIST-1b’nin gündüz tarafı sıcaklığının yaklaşık 500 Kelvin veya kabaca 230°C olduğunu gösteriyor. Ekip, en olası yorumun gezegenin bir atmosferi olmadığı yönünde olduğunu düşünüyor.

Ducrot, “Sonuçları, farklı senaryolarda sıcaklığın ne olması gerektiğini gösteren bilgisayar modelleriyle karşılaştırdık” dedi. “Sonuçlar, çıplak kayadan yapılmış ve ısıyı dolaştıracak atmosferin olmadığı bir kara cisimle neredeyse mükemmel bir şekilde tutarlı. Ayrıca, bu ölçümlerde görülebilecek olan, karbondioksit tarafından emilen herhangi bir ışık belirtisi de görmedik.”

Bu araştırma, TRAPPIST-1 sisteminin tam olarak karakterize edilmesine yardımcı olmak için tasarlanmış sekiz onaylı GTO ve Genel Gözlemci (GO) programından biri olan Garantili Zamanlı Gözlem (GTO) programı 1177’nin bir parçası olarak yürütülmüştür. TRAPPIST-1b’nin ek ikincil tutulma gözlemleri şu anda devam ediyor ve artık verilerin ne kadar iyi olabileceğini bildiklerine göre ekip, sonunda tüm yörünge boyunca parlaklık değişimini gösteren tam bir faz eğrisi yakalamayı umuyor. Bu, sıcaklığın gündüzden geceye nasıl değiştiğini görmelerini ve gezegenin bir atmosferi olup olmadığını doğrulamalarını sağlayacaktır.

MIRI enstrümanının geliştirilmesi üzerinde yirmi yılı aşkın bir süredir çalışan Lagage, “Sahip olmayı hayal ettiğim bir hedef vardı” dedi. “Ve bu da buydu. İlk kez kayalık, ılıman bir gezegenden gelen emisyonu tespit edebiliyoruz. Bu, ötegezegenleri keşfetme hikayesinde gerçekten önemli bir adım.”