Bir sanatçının konseptinde görülen WASP-18b, yıldızının etrafında sadece 23 saatte dönen Jüpiter’den 10 kat daha büyük gaz devi bir ötegezegen. Araştırmacılar, yıldızının arkasında hareket eden gezegeni incelemek için NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullandılar. Buradaki sıcaklıklar 5.000 Fahrenheit dereceye (2.700 °C) ulaşır. Kredi: NASA/JPL-Caltech (K. Miller/IPAC)
Kullanmak[{” attribute=””>James Webb Space Telescope, scientists have created the first detailed temperature map of exoplanet WASP-18 b, and identified water vapor in its extremely hot atmosphere. These findings are providing valuable insights into the planet’s formation, suggesting it likely emerged from the leftover gas after its star’s birth.
There’s an intriguing exoplanet out there – 400 light-years out there – that is so tantalizing that astronomers have been studying it since its discovery in 2009. A year for WASP-18 b, one orbit around its star (slightly larger than our Sun), takes just 23 hours. There’s nothing like it in our solar system. In addition to observatories on the ground, NASA’s Hubble, Chandra, TESS, and Spitzer space telescopes have all observed WASP-18 b, an ultra-hot gas giant 10 times more massive than Jupiter. Now astronomers have taken a look with NASA’s James Webb Space Telescope and the “firsts” keep coming.
The discovery: Scientists identified water vapor in the atmosphere of WASP-18 b, and made a temperature map of the planet as it slipped behind, and reappeared from, its star. This event is known as a secondary eclipse. Scientists can read the combined light from star and planet, then refine the measurements from just the star as the planet moves behind it.
The same side, known as the dayside, of WASP-18 b always faces the star, just as the same side of the Moon always faces Earth. The temperature, or brightness, map shows a huge change in temperature – up to 1,000 degrees – from the hottest point facing the star to the terminator, where day and night sides of the tidally-locked planet meet in permanent twilight.
Araştırmacılar, WASP-18 b’nin yıldızının arkasına geçip yeniden belirirken sıcak bölgelerinden gelen parıltıyı takip ederek bir parlaklık haritası yaptılar. Bu olay ikincil tutulma olarak bilinir. Bilim adamları, yıldız ve gezegenden gelen birleşik ışığı ölçebilir, ardından gezegen arkasında hareket ederken sadece yıldızdan gelen ışığı ölçebilir. Arsa, bir ışık eğrisidir, bir gezegen önünde veya arkasında hareket ederken bir yıldızın parlaklığında ölçülen değişikliktir. NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu kullanılarak elde edilen gezegenin parlaklık haritası, araştırmacıların gezegenin atmosferinin sıcaklık haritasını belirlemesine olanak sağladı. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech (K.Miller/IPAC)
“JWST bize, WASP-18b gibi sıcak dev gezegenlerin her zamankinden çok daha ayrıntılı haritalarını yapma hassasiyeti veriyor. Bu, JWST ile ilk kez bir gezegenin haritasının çıkarılmasıdır ve gezegenin yıldıza doğrudan bakan noktasından uzakta, sıcaklıkta keskin bir düşüş gibi, modellerimizin tahmin ettiği bazı şeylerin gerçekte görüldüğünü görmek gerçekten heyecan verici. veri!” dedi Arizona Üniversitesi’nde Sagan Üyesi ve sonuçları açıklayan makalenin yazarlarından biri olan Megan Mansfield.
Ekip, gezegenin gündüz tarafındaki sıcaklık gradyanlarını haritaladı. Terminatörde gezegenin ne kadar soğuk olduğu göz önüne alındığında, rüzgarların ısıyı gece tarafına verimli bir şekilde yeniden dağıtmasını engelleyen bir şey olabilir. Ancak rüzgarları neyin etkilediği hala bir muamma.
“WASP-18 b’nin parlaklık haritası, atmosferik sürtünmeye sahip modellerle en iyi eşleşen doğu-batı rüzgarlarının olmadığını gösteriyor. Olası bir açıklama, bu gezegenin güçlü bir manyetik alana sahip olduğudur ki bu heyecan verici bir keşif olur!” dedi ortak yazar Michigan Üniversitesi’nden Ryan Challener.
Ekip, gezegen tarafından yayılan toplam enerjinin %65’ini yakalayan NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun NIRISS SOSS 0,85-2,8 um dalga boyu aralığı üzerinden yaydığı ışık miktarını ölçerek WASP-18 b’nin termal emisyon spektrumunu elde etti. WASP-18b, gelgitle kilitlenmiş bu gezegenin gündüz tarafında o kadar sıcaktır ki (Ay’dan Dünya’ya olan taraf her zaman yıldızına bakar), su buharı molekülleri parçalanır. Webb Teleskopu, gezegendeki su buharını nispeten küçük miktarlarda bile doğrudan gözlemledi, bu da gözlemevinin hassasiyetini gösteriyor. Kredi: NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC)
Tutulma haritasının bir yorumu, manyetik etkilerin, aksi takdirde bekleyeceğimiz gibi, rüzgarları Doğu-Batı yerine gezegenin ekvatorundan Kuzey kutbu üzerinden yukarıya ve Güney kutbu üzerinden aşağı doğru esmeye zorladığıdır.
Araştırmacılar, gaz devi gezegenin atmosfer katmanlarının farklı yüksekliklerindeki sıcaklık değişikliklerini kaydetti. Yüzlerce derece değişen sıcaklıkların yükseklikle arttığını gördüler.
Gezegenin atmosferinin spektrumu, neredeyse 5.000 derecelik aşırı sıcaklıklara rağmen mevcut olan çok sayıda küçük ama kesin olarak ölçülmüş su özelliklerini açıkça gösteriyor. fahrenhayt (2.700 °C). O kadar sıcak ki çoğu su molekülünü parçalayabilir, bu yüzden hala varlığını görmek, Webb’in kalan suyu tespit etme konusundaki olağanüstü duyarlılığını gösteriyor. WASP-18 b’nin atmosferinde kaydedilen miktarlar, çeşitli yüksekliklerde su buharı bulunduğunu gösteriyor.
“WASP-18 b’nin JWST spektrumuna ilk kez bakmak ve suyun ince ama hassas bir şekilde ölçülmüş imzasını görmek harika bir duyguydu,” dedi Louis-Philippe Coulombe, Montreal Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi ve baş yazar. WASP-18 b kağıdı. “Bu tür ölçümleri kullanarak, önümüzdeki yıllarda çok çeşitli gezegenler için bu tür molekülleri tespit edebileceğiz!”
Araştırmacılar, Kanada Uzay Ajansı tarafından sağlanan Webb’in araçlarından biri olan Yakın Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarıksız Spektrograf (NIRISS) ile yaklaşık altı saat boyunca WASP-18 b’ye baktılar.
“Bu spektrumdaki su özellikleri çok ince olduğundan, önceki gözlemlerde tanımlanması zordu. Bu, JWST gözlemleriyle nihayet su özelliklerini görmeyi gerçekten heyecan verici hale getirdi, ”diyor doktora sonrası araştırmacı Anjali Piette Carnegie Bilim Enstitüsü ve yeni araştırmanın yazarlarından biri.
Bilim adamları, gezegen tutulmadan önce, tutulma sırasında ve sonrasında dış gezegen WASP-18 b’yi ve yıldızını gözlemlemek için James Webb Uzay Teleskobu’nu kullandılar. Gezegen yıldızın arkasına geçtiğinde ışıktaki değişim ölçülerek gezegenin parlaklığı ortaya çıkar. Bu ölçümlerden, bilim adamları gezegenin gündüz tarafının bir sıcaklık haritasını çıkarabildiler. Görüntülenen sıcaklık aralığı: 2.800 ila 4.800 derece Fahrenheit (1.500 ila 2.600 Santigrat derece). Kredi: NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC)
keşfedenler: Dünyanın dört bir yanından 100’den fazla bilim insanı, Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden bir astronom olan ve yeni araştırmanın koordinasyonuna yardımcı olan Natalie Batalha liderliğindeki Transiting Exoplanet Community Early Release Science Programı aracılığıyla Webb’in erken bilimi üzerinde çalışıyor. Bu çığır açan çalışmanın çoğu, Coulombe, Challener, Piette ve Mansfield gibi erken kariyer bilim adamları tarafından yapılıyor.
Hem yıldızına hem de bize olan yakınlığı, WASP-18b’nin büyük kütlesi gibi bilim adamları için çok ilgi çekici bir hedef olmasına yardımcı oldu. WASP-18b, atmosferlerini inceleyebildiğimiz en büyük dünyalardan biridir. Bu tür gezegenlerin nasıl oluştuğunu ve bulundukları yere nasıl geldiklerini bilmek istiyoruz. Bunun da Webb’den bazı erken yanıtları var.
“WASP-18b’nin spektrumunu analiz ederek, sadece atmosferinde bulunabilen çeşitli molekülleri değil, aynı zamanda nasıl oluştuğunu da öğreniyoruz. Gözlemlerimizden, WASP-18 b’nin bileşiminin yıldızınınkine çok benzediğini bulduk, bu da büyük olasılıkla yıldızın doğumundan hemen sonra mevcut olan artık gazdan oluştuğu anlamına geliyor,” dedi Coulombe. “Bu sonuçlar, güneş sistemimizde benzeri olmayan WASP-18b gibi garip gezegenlerin nasıl var olduklarının net bir resmini elde etmek için çok değerli.”
Referans: Louis-Philippe Coulombe, Björn Benneke, Ryan Challener, Anjali AA Piette, Lindsey S. Wiser, Megan Mansfield, Ryan J. MacDonald, Hayley Beltz tarafından yazılan “Ultra sıcak Jüpiter WASP-18b’nin geniş bant termal emisyon spektrumu” Adina D. Feinstein, Michael Radica, Arjun B. Savel, Leonardo A. Dos Santos, Jacob L. Bean, Vivien Parmentier, Ian Wong, Emily Rauscher, Thaddeus D. Komacek, Eliza M.-R. Kempton, Xianyu Tan, Mark Hammond, Neil T. Lewis, Michael R. Line, Elspeth KH Lee, Hinna Shivkumar, Ian JM Crossfield, Matthew C. Nixon, Benjamin V. Rackham, Hannah R. Wakeford, Luis Welbanks, Xi Zhang, Natalie M. Batalha, Zachory K. Berta-Thompson, Quentin Changeat, Jean-Michel Désert, Néstor Espinoza, Jayesh M. Goyal, Joseph Harrington, Heather A. Knutson, Laura Kreidberg, Mercedes López-Morales, Avi Shporer, David K. Sing, Kevin B. Stevenson, Keshav Aggarwal, Eva-Maria Ahrer, Munazza K. Alam, Taylor J. Bell, Jasmina Blecic, Claudio Caceres, Aarynn L. Carter, Sarah L. Casewell, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Leen Decin, Jonathan J. Fortney, Neale P. Gibson, Kevin Heng, Thomas Henning, Nicolas Iro, Sarah Kendrew, Pierre-Olivier Lagage, Jérémy Leconte, Monika Lendl, Joshua D. Lothringer, Luigi Mancini, Thomas Mikal-Evans, Karan Molaverdikhani , Nikolay K. Nikolov, Kazumasa Ohno, Enric Palle, Caroline Piaulet, Seth Redfield, Pierre-Alexis Roy, Shang-Min Tsai, Olivia Venot ve Peter J. Wheatley, 19 Ocak 2023, Astrofizik > Dünya ve Gezegen Astrofiziği.
arXiv:2301.08192