Bu çizim, sıcak kayalık ötegezegen TRAPPIST-1 b’nin bu çalışmaya göre nasıl görünebileceğini göstermektedir. TRAPPIST-1 sistemindeki bilinen yedi gezegenin en içtekisi olan TRAPPIST-1b, yıldızının yörüngesinde 0,011 AU uzaklıkta dönüyor ve bir turunu yalnızca 1,51 Dünya gününde tamamlıyor. TRAPPIST-1b, Dünya’dan biraz daha büyüktür, ancak yaklaşık olarak aynı yoğunluğa sahiptir, bu da kayalık bir bileşime sahip olması gerektiğini gösterir. Webb’in TRAPPIST-1b tarafından yayılan orta kızılötesi ışık ölçümü, gezegenin önemli bir atmosferi olmadığını gösteriyor. TRAPPIST-1 yıldızı, yalnızca 2.566 kelvin sıcaklığa ve Güneş’in kütlesinin yalnızca 0,09 katı kütleye sahip ultra soğuk bir kırmızı cücedir (M cüce).
Bu çizim, Webb’in Orta Kızılötesi Cihazı (MIRI) tarafından toplanan yeni verilere ve önceki gözlemlere dayanmaktadır.
diğer yer ve uzay tabanlı teleskoplardan. Webb gezegenin herhangi bir görüntüsünü yakalamadı.
Kredi: İllüstrasyon: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Bilim: Thomas P. Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA)
TRAPPIST-1b’den gelen kızılötesi ışık miktarı, gezegenin önemli bir atmosferden yoksun olduğunu gösteriyor.
Temassız dev bir termometre görevi görerek, NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu Dünya’dan 40 ışıkyılı uzaklıkta soğuk bir kırmızı cüce yıldız olan TRAPPIST-1’in yörüngesindeki yedi kayalık gezegenin en iç kısmından yayılan ısıyı başarıyla ölçtü. 450 derece gündüz sıcaklığı ile fahrenhayt, gezegen pizza pişirmek için neredeyse mükemmel. Ancak konuşulacak bir atmosfer olmadığı için dışarıda yemek yemek için en iyi yer olmayabilir. Sonuç, TRAPPIST-1 sistemiyle ilgili kapsamlı bir Webb araştırmaları dizisinin ilkidir ve Galaksideki en yaygın yıldız türü olan küçük ama şiddetli kırmızı cücelerin yörüngesinde dönen gezegenlerin gerekli atmosferleri sağlayıp sağlayamayacağını belirlemede önemli bir adımdır. Hayatı desteklemek.
Webb’in Orta Kızılötesi Cihazı (MIRI) kullanılarak ölçülen TRAPPIST-1 b’nin gündüz tarafı sıcaklığının, çeşitli koşullar altında sıcaklığın ne olacağını gösteren bilgisayar modelleriyle karşılaştırılması. Modeller, yıldızın sıcaklığı ve gezegenin yörünge mesafesi dahil olmak üzere sistemin bilinen özelliklerini hesaba katar. Merkür’ün gündüz tarafının sıcaklığı da referans olarak gösterilmiştir.
TRAPPIST-1b’nin 15 mikrondaki gündüz parlaklığı, yaklaşık 500 kelvin (kabaca 450 Fahrenheit derece) sıcaklığa karşılık gelir. Bu, gezegenin gelgitsel olarak kilitli (bir tarafı her zaman yıldıza dönük), koyu renkli bir yüzeye sahip, atmosferi olmayan ve ısının gündüz tarafından gece tarafına yeniden dağıtılmadığı varsayılarak sıcaklıkla tutarlıdır.
Yıldızdan gelen ısı enerjisi gezegenin etrafına eşit bir şekilde dağılmış olsaydı (örneğin, dolaşımdaki karbondioksit içermeyen bir atmosfer tarafından), 15 mikrondaki sıcaklık 400 kelvin (260 Fahrenheit derece) olurdu. Atmosferde önemli miktarda karbondioksit olsaydı, 15 mikronluk daha az ışık yayar ve daha da soğuk görünürdü.
TRAPPIST-1 b, Dünya standartlarına göre sıcak olmasına rağmen, Merkür’ün çıplak kayalardan oluşan ve önemli bir atmosferi olmayan gündüz kısmından daha soğuktur. Merkür, Güneş’ten TRAPPIST-1 b’nin yıldızından aldığı enerjinin yaklaşık 1,6 katı kadar daha fazla enerji alır. Kredi: İllüstrasyon: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Bilim: Thomas P. Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA)
NASA’nın Webb’i Kayalık Bir Ötegezegenin Sıcaklığını Ölçüyor
Uluslararası bir araştırma ekibi, kayalıkların sıcaklığını ölçmek için NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullandı. ötegezegen TRAPPİST-1 b. 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 450 derece Fahrenheit) sıcaklığa sahip olduğunu ve önemli bir atmosferi olmadığını gösteriyor.
Bu ilk tespit herhangi kendi güneş sistemimizdeki kayalık gezegenler kadar küçük ve soğuk bir ötegezegen tarafından yayılan ışık biçimi. 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 27 Mart’ta 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.”
Ultracool 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. Hepsi yıldızlarına Güneş’in yörüngesindeki gezegenlerimizden çok daha yakın yörüngede olmalarına rağmen – hepsi Merkür’ün yörüngesine rahatça sığabilir – küçük yıldızlarından karşılaştırılabilir miktarda enerji alırlar.
En içteki gezegen olan TRAPPIST-1 b, Dünya’nın yaklaşık yüzde biri kadar bir yörünge mesafesine sahiptir ve Dünya’nın Güneş’ten 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.
“Dünyada bu yıldızlardan on kat daha fazla var. Samanyolu çünkü Güneş gibi yıldızlar var ve bunların kayalık gezegenlere sahip olma olasılığı Güneş gibi yıldızlara göre iki kat daha fazla,” diye açıkladı Greene. “Ama aynı zamanda çok aktifler – gençken çok parlaklar ve bir atmosferi yok edebilen parlamalar ve X-ışınları yayarlar.”
TRAPPIST-1 sisteminin daha önceki çalışmalarını yürüten ekipte yer alan Fransa’daki Fransız Alternatif Enerjiler ve Atom Enerjisi Komisyonu’ndan (CEA) ortak yazar Elsa Ducrot şunları ekledi: “Karasal gezegenleri daha küçük, daha soğuk yıldızların etrafında karakterize etmek daha kolay . M yıldızlarının etrafındaki yaşanabilirliği anlamak istiyorsak, TRAPPIST-1 sistemi harika bir laboratuvardır. Kayalık gezegenlerin atmosferlerine bakmak için elimizdeki en iyi hedefler bunlar.”
Bu ışık eğrisi, en içteki gezegen TRAPPIST-1 b yıldızın arkasına geçerken TRAPPIST-1 sisteminin parlaklığında meydana gelen değişimi gösterir. Bu fenomen ikincil tutulma olarak bilinir.
Gökbilimciler, orta kızılötesi ışığın parlaklığını ölçmek için Webb’in Orta Kızılötesi Aracını (MIRI) kullandılar. Gezegen yıldızın yanındayken hem yıldızın hem de gezegenin gündüz tarafının yaydığı ışık teleskopa ulaşır ve sistem daha parlak görünür. Gezegen yıldızın arkasında olduğunda, gezegenin yaydığı ışık engellenir ve teleskopa yalnızca yıldız ışığı ulaşır ve görünen parlaklığın azalmasına neden olur.
Gökbilimciler, gezegenin gün tarafından ne kadar kızılötesi ışık geldiğini hesaplamak için yıldızın parlaklığını yıldızın ve gezegenin birleşik parlaklığından çıkarabilirler. Bu daha sonra gündüz sıcaklığını hesaplamak için kullanılır.
Grafik, yalnızca 13.5-16.6 mikron arasında değişen dalga boylarına sahip ışığın dedektörlere geçmesine izin veren MIRI’nin F1500W filtresi kullanılarak yapılan beş ayrı gözlemden elde edilen birleşik verileri göstermektedir. Mavi kareler bireysel parlaklık ölçümleridir. Kırmızı daireler, zaman içindeki değişikliği görmeyi kolaylaştırmak için “kümelenmiş” veya ortalaması alınmış ölçümleri gösterir. İkincil tutulma sırasında parlaklıktaki azalma %0,1’den azdır. MIRI, %0,027 (veya 3.700’de 1 kısım) kadar küçük değişiklikleri tespit edebildi.
Bu, TRAPPIST-1 b’nin veya Dünya kadar küçük ve güneş sistemimizdeki kayalık gezegenler kadar soğuk herhangi bir gezegenin ilk termal emisyon gözlemidir.
Kredi: İllüstrasyon: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Bilim: Thomas P. Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA)
Bir Atmosferin Tespit Edilmesi (veya Olmaması)
TRAPPIST-1 b’nin Hubble ve Spitzer uzay teleskoplarıyla yaptığı önceki gözlemler, kabarık bir atmosfere dair hiçbir kanıt bulamadı, ancak yoğun bir atmosferi de dışlayamadı.
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, ikincil tutulma fotometrisi (yukarıdaki “İkincil Tutulma Işık Eğrisi” görüntüsüne bakın) adı verilen bir teknik kullandı ve bu teknikte MIRI, gezegen yıldızın arkasına hareket ederken sistemdeki parlaklık değişimini ölçtü. 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.
Parlaklıkta 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.
“Tutulmayı kaçıracağımıza dair bazı korkular da vardı. Verileri analiz eden Bay Area Çevre Araştırma Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Taylor Bell, “Gezegenlerin hepsi birbirini çekiyor, bu nedenle yörüngeler mükemmel değil” dedi. “Ama inanılmazdı: Verilerde gördüğümüz tutulmanın zamanı, birkaç dakika içinde tahmin edilen zamanla eşleşti.”
Ekip, beş ayrı ikincil tutulma gözleminden elde edilen verileri analiz etti. Ducrot, “Sonuçları, farklı senaryolarda sıcaklığın ne olması gerektiğini gösteren bilgisayar modelleriyle karşılaştırdık (yukarıdaki “Gündüz Sıcaklık Karşılaştırması” resmine bakın),” dedi. “Sonuçlar, bir kara cisim çıplak kayadan yapılmıştır ve ısıyı sirküle edecek atmosfer yoktur. Ayrıca, bu ölçümlerde açıkça görülebilecek olan, ışığın karbondioksit tarafından emildiğine dair herhangi bir işaret görmedik.”
Bu araştırma, Webb’in TRAPPIST-1 sistemini tam olarak karakterize etmeye yardımcı olmak için tasarlanmış bilimin ilk yılındaki sekiz programdan biri olan Webb Garantili Zaman Gözlemi (GTO) programı 1177’nin bir parçası olarak yürütülmüştür. Ek ikincil tutulma gözlemler TRAPPIST-1b 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, “Hayal ettiğim tek bir hedef vardı” dedi. “Ve bu buydu. Bu, kayalık, ılıman bir gezegenden gelen emisyonu ilk kez tespit edebildiğimiz zaman. Bu, ötegezegenleri keşfetme hikayesinde gerçekten önemli bir adım.”
Referans: “JWST kullanan Dünya Boyutlu Ötegezegen TRAPPIST-1 b’den Termal Emisyon”, Thomas P. Greene, Taylor J. Bell, Elsa Ducrot, Achrène Dyrek, Pierre-Olivier Lagage ve Jonathan J. Fortney, 27 Mart 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-05951-7
James Webb Uzay Teleskobu, dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyaların ötesine bakacak ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve içindeki yerimizi araştıracak. Webb, NASA tarafından ortakları ESA ile yürütülen uluslararası bir programdır (Avrupa Uzay Ajansı) ve CSA (Kanada Uzay Ajansı). Ulusal olarak finanse edilen Avrupa Enstitüleri (MIRI Avrupa Konsorsiyumu) konsorsiyumu ve Arizona Üniversitesi ile ortaklaşa NASA’nın Jet Tahrik Laboratuvarı tarafından tasarlanan ve inşa edilen araçla MIRI’ye NASA ve ESA katkıda bulunmuştur.