Uluslararası bir araştırma ekibi, Gemini-Kuzey Teleskopu üzerindeki MAROON-X aletini kullanarak kavurucu ötegezegen WASP-76 b’yi inceledi. Ekip, gezegenin atmosferindeki 11 kimyasal elementi başarıyla tanımlayarak dev gezegenlerin oluşumu ve bileşimi hakkında önemli bilgiler sağladı. Yıldızına Merkür’ün Güneş’e olduğundan 12 kat daha yakın olan gezegen, aşırı sıcaklıklara ulaşarak magnezyum ve demir gibi kaya yapıcı elementlerin üst atmosferde buharlaşmasına neden oluyor.
Bir çalışma, aşırı sıcak atmosferde 11 kimyasal element tespit etti. ötegezegen WASP-76 b. Bulgular, gezegenin genel bileşiminin, oluştuğu protogezegen diskininkini yansıttığını ve yüksek sıcaklıklarının, kaya oluşturan elementlerin atmosferde buharlaşmasına neden olduğunu gösteriyor. İlginç bir şekilde ekip, buharlaşmak için daha yüksek sıcaklıklar gerektiren bazı elementlerin yokluğunu da fark etti ve bu da WASP-76 b’nin Merkür benzeri bir gezegenden malzeme yutmuş olabileceği hipotezine yol açtı.
Doktora öğrencisi Stefan Pelletier tarafından yönetilen uluslararası bir ekip. Université de Montréal’in Trottier Dışgezegen Araştırmaları Enstitüsü öğrencisi, son derece sıcak dev ötegezegen WASP-76 b hakkında ayrıntılı bir çalışma yaptıklarını açıkladı.
Gemini-Kuzey Teleskopu üzerindeki MAROON-X aletini kullanan ekip, gezegenin atmosferindeki 11 kimyasal elementin bolluğunu tespit edip ölçebildi.
Bunlar, Güneş Sistemindeki dev gezegenler için bile bilinmeyen, kaya oluşturan elementleri içerir. Jüpiter veya Satürn. Ekibin çalışması dergide yayınlandı Doğa.
Pelletier, “Yüzlerce ışıkyılı uzaklıktaki bir ötegezegenin bize kendi Güneş Sistemimiz hakkında muhtemelen bilmemiz imkansız olacak bir şeyi öğretebildiği zamanlar gerçekten nadirdir” dedi. “Bu çalışmada durum böyle.”
Burada tasvir edilen aşırı sıcak dev ötegezegen WASP-76 b, dev yıldızına çok yakın yörüngede dönen aşırı sıcak bir dünyadır. Kredi: Uluslararası İkizler Gözlemevi/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Uzay motoru/M. zamani
Büyük, sıcak, garip bir dünya
WASP-76b garip bir dünya. Balık takımyıldızında 634 ışıkyılı uzaklıktaki ana yıldızına çok yakın olduğu için aşırı sıcaklıklara ulaşır: Merkür’ün Güneş’e olduğundan yaklaşık 12 kat daha yakındır. Jüpiter’inkine benzer bir kütleye sahip, ancak hacim olarak neredeyse altı kat daha büyük, oldukça “kabarık”.
Onun 2013 yılında Geniş Açılı Gezegen Arama (WASP) programı tarafından keşif, birçok ekip onu inceledi ve atmosferindeki çeşitli unsurları belirledi. dergisinde yayınlanan bir çalışmada da dikkat çekmektedir. Doğa Mart 2020’de bir ekip demir bir imza buldu ve gezegende demir yağmuru olabileceğini varsaydı.
Bu çalışmaların farkında olan Pelletier, Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin bir parçası olan Hawai’i’deki Gemini-Kuzey 8 metrelik Teleskopu üzerindeki MAROON-X yüksek çözünürlüklü optik spektrografı kullanarak WASP-76 b’nin yeni, bağımsız gözlemlerini elde etmek için motive oldu. NSF’ler tarafından işletilmektedir NOIRLab.
Çalışmanın ortak yazarı UdeM astronomi profesörü Björn Benneke, “Güçlü yeni MAROON-X spektrografının, WASP-76 b’nin kimyasal bileşimini herhangi bir dev gezegen için eşi benzeri görülmemiş bir ayrıntı düzeyiyle incelememize olanak tanıyacağını anladık” diyor ve Stefan Pelletier’in doktora araştırma danışmanı.
Burada görülen İkizler-Kuzey Teleskobu, Stefan Pelletier ve meslektaşları tarafından ultra-sıcak ötegezegen WASP-76 b’nin atmosferik bileşimini değerlendirmek için kullanıldı. Kredi: Uluslararası İkizler Gözlemevi/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek (Opava’daki Fizik Enstitüsü)
Güneş’inkine benzer bir kompozisyon
Güneş’te, periyodik tablodaki hemen hemen tüm elementlerin bolluğu büyük ölçüde bilinmektedir. kesinlik. Bununla birlikte, Güneş Sistemimizdeki dev gezegenlerde, bu, bileşimleri zayıf bir şekilde sınırlandırılmış olan yalnızca bir avuç element için geçerlidir. Ve bu, bu gezegenlerin oluşumunu yöneten mekanizmaların anlaşılmasını engelledi.
WASP-76b, yıldızına çok yakın olduğu için 2000°C’nin oldukça üzerinde bir sıcaklığa sahiptir. Bu derecelerde, normalde burada Dünya’da kaya oluşturacak birçok element (magnezyum ve demir gibi) buharlaşır ve üst atmosferde gaz halinde bulunur. Jüpiter gibi daha soğuk dev gezegenlerde bu elementler atmosferde daha alçakta olduğundan ve tespit edilmesi imkansız olduğundan, bu tuhaf gezegeni incelemek, dev gezegenlerde kaya oluşturan elementlerin varlığı ve bolluğu hakkında eşi görülmemiş bir içgörü sağlar.
Pelletier ve ekibi tarafından ötegezegenin atmosferinde ölçülen manganez, krom, magnezyum, vanadyum, baryum ve kalsiyum gibi birçok elementin bolluğu, güneşimizin yanı sıra ev sahibi yıldızınınkilerle çok yakından eşleşiyor.
Bu bolluklar rasgele değildir; Büyük patlama, ardından milyarlarca yıllık yıldız nükleosentezi gelir, bu nedenle bilim adamları tüm yıldızlarda kabaca aynı bileşimi ölçerler. Bununla birlikte, daha karmaşık bir şekilde oluşan Dünya gibi kayalık gezegenlerin bileşiminden farklıdır.
Bu yeni çalışmanın sonuçları, dev gezegenlerin, oluştukları protogezegen diskini yansıtan genel bir kompozisyonu koruyabileceklerini gösteriyor.
Diğer elementlerin tükenmesi çok ilginç
Bununla birlikte, yıldıza kıyasla gezegendeki diğer elementler tükenmişti – bu Pelletier’in özellikle ilginç bulduğu bir sonuçtu.
“WASP-76 b’nin atmosferinde eksik gibi görünen bu elementler, tam olarak titanyum ve alüminyum gibi buharlaşmak için daha yüksek sıcaklıklar gerektiren elementlerdir” dedi. “Bu arada, manganez, vanadyum veya kalsiyum gibi tahminlerimizle eşleşenlerin hepsi biraz daha düşük sıcaklıklarda buharlaşıyor.”
Keşif ekibinin yorumu, dev gezegenlerin üst atmosferlerinin gözlenen bileşiminin sıcaklığa karşı son derece hassas olabileceği yönünde. Bir elementin yoğunlaşma sıcaklığına bağlı olarak, gaz halinde olacak ve atmosferin üst kısmında bulunacak veya daha derin katmanlara batacağı sıvı forma yoğunlaşacaktır. Gaz halindeyken ışığı soğurmada önemli bir rol oynar ve astronomların gözlemlerinde görülebilir. Yoğunlaştığında gökbilimciler tarafından tespit edilemez ve gözlemlerinde tamamen yok olur.
Pelletier, “Doğrulanırsa, bu bulgu birbirinden biraz farklı sıcaklıklara sahip iki dev ötegezegenin çok farklı atmosferlere sahip olabileceği anlamına gelir” dedi. “Biri -1°C’de donmuş, diğeri +1°C’de sıvı olan iki kap su gibi. Örneğin, WASP-76b’de kalsiyum gözlemleniyor ama biraz daha soğuk bir gezegende olmayabilir.”
Vanadyum oksidin ilk tespiti
Pelletier’in ekibinin bir başka ilginç bulgusu da vanadyum oksit adı verilen bir molekülün saptanması. İlk kez bir ötegezegende açık bir şekilde tespit edildi ve sıcak dev gezegenler üzerinde büyük bir etkisi olabileceğini bildikleri için astronomlar için büyük ilgi görüyor.
Pelletier, “Bu molekül, Dünya atmosferindeki ozona benzer bir rol oynuyor: üst atmosferin ısıtılmasında son derece verimli,” diye açıkladı. “Bu, sıcaklıkların daha soğuk gezegenlerde tipik olarak görüldüğü gibi düşmek yerine, yüksekliğin bir fonksiyonu olarak artmasına neden oluyor.”
Bir element olan nikel, ötegezegenin atmosferinde gökbilimcilerin beklediğinden çok daha fazla bulunuyor. Birçok hipotez bunu açıklayabilir; Birincisi, WASP-76 b’nin Merkür’e benzer bir gezegenden malzeme toplamış olabileceğidir. Güneş Sistemimizde, küçük kayalık gezegen, nasıl oluştuğundan dolayı nikel gibi metallerle zenginleştirilmiştir.
Pelletier’in ekibi ayrıca, önceki çalışmalarda bildirilen WASP-76b’nin doğu ve batı yarım küreleri arasındaki demir emilimindeki asimetrinin diğer birçok element için benzer şekilde mevcut olduğunu buldu. Bu, buna neden olan altta yatan fenomenin, daha önce önerildiği gibi sıvı forma yoğunlaşmanın sonucu olmaktan ziyade, muhtemelen sıcaklık farkı veya gezegenin bir tarafında bulunan ancak diğer tarafında olmayan bulutlar gibi küresel bir süreç olduğu anlamına gelir.
Öğrenilen derslerin onaylanması ve bunlardan yararlanılması
Pelletier ve ekibi, bu ötegezegen ve diğer ultra-sıcak dev gezegenler hakkında daha fazla bilgi edinmek için çok hevesli. Bu kısmen, sıcaklıkları biraz farklı olan gezegenlerde hüküm sürebilecek çok farklı atmosferler hakkındaki hipotezlerini doğrulamak için.
Ayrıca, diğer araştırmacıların bu dev ötegezegenden öğrendiklerinden yararlanacaklarını ve bunu kendi Güneş Sistemi gezegenlerimizi ve nasıl oluştuklarını daha iyi anlamak için uygulayacaklarını umuyorlar.
“Nesillerdir araştırmacılar Jüpiter, Satürn, UranüsVe NeptünBenneke, gazlı gezegenlerin oluşum teorilerini karşılaştırmak için hidrojen ve helyumun bolluğunu ölçtü. “Aynı şekilde, WASP-76 b’deki kalsiyum veya magnezyum gibi daha ağır elementlerin ölçümleri, gazlı gezegenlerin oluşumunun daha iyi anlaşılmasına yardımcı olacaktır.
Referans: Stefan Pelletier, Björn Benneke, Mohamad Ali-Dib, Bibiana Prinoth, David Kasper, Andreas Seifahrt, Jacob L. Bean, Florian Debras, Baptiste Klein, “Vanadyum oksit ve dev bir dış gezegende keskin bir soğuk yakalama başlangıcı”. Luc Bazinet, H. Jens Hoeijmakers, Aurora Y. Kesseli, Olivia Lim, Andres Carmona, Lorenzo Pino, Núria Casasayas-Barris, Thea Hood ve Julian Stürmer, 14 Haziran 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06134-0
Takımda Pelletier ve Björn Benneke’ye ek olarak şunlar da yer alıyor: Université de Montréal Trottier Dış Gezegen Araştırmaları Enstitüsü’nde (iREx) iki yüksek lisans öğrencisi olan Luc Bazinet ve Olivia Lim; iREx’te eski bir Trottier doktora sonrası araştırmacısı olan Mohamad Ali-Dib, şu anda NYU Abu Dabi’de; ve Kanada, Birleşik Arap Emirlikleri, İsveç, Fransa, Birleşik Krallık, Amerika Birleşik Devletleri, İtalya, Hollanda ve Almanya’dan 13 diğer ortak yazar.