NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu tarafından tanımlanan, Uranüs ve Neptün gezegenlerine benzeyen, yüksek irtifa bulutlarının olmaması ve atmosferik metanın varlığı nedeniyle rengi insan gözüne mavimsi görünebilen sıcak ötegezegen WASP-80 b’nin bir sanatçının çizimi. kendi güneş sistemimiz. Kredi bilgileri: NASA
NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu Atmosferde metan gazı tespit edildi dış gezegen WASP-80 b, uzay araştırmalarında bir dönüm noktası. Gelişmiş ışık analizi yöntemleriyle doğrulanan bu keşif, gezegenin oluşumuna ışık tutuyor ve güneş sistemimizdeki gezegenlerle karşılaştırma yapılmasına olanak sağlıyor.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, dış gezegen WASP-80 b’yi ev sahibi yıldızının önünden ve arkasından geçerken gözlemledi ve metan gazı ve su buharı içeren bir atmosferin göstergesi olan spektrumları ortaya çıkardı. Bugüne kadar bir düzineden fazla gezegende su buharı tespit edilmiş olsa da, yakın zamana kadar gezegenlerin atmosferinde bol miktarda bulunan bir molekül olan metan tespit edildi. Jüpiter, Satürn, UranüsVe Neptün Güneş sistemimizde – uzay tabanlı spektroskopi ile incelendiğinde, geçiş yapan ötegezegenlerin atmosferlerinde bulunması zor kalmıştır.
NASA’nın Kaliforniya Silikon Vadisi’ndeki Ames Araştırma Merkezi’nde çalışan Körfez Bölgesi Çevre Araştırma Enstitüsü’nden (BAERI) Taylor Bell ve Arizona Eyalet Üniversitesi’nden Luis Welbanks, ötegezegen atmosferlerinde metan keşfinin önemi hakkında bize daha fazla bilgi veriyor ve Webb gözlemlerinin bu araştırmayı nasıl kolaylaştırdığını tartışıyor. Uzun zamandır aranan bu molekülün tanımlanması. Bu bulgular yakın zamanda Nature bilimsel dergisinde yayınlandı.
‘Sıcak Jüpiter’i Anlamak WASP-80 b
“Yaklaşık 825 kelvin (yaklaşık 1.025 derece) sıcaklıkta Fahrenhayt), WASP-80 b, bilim adamlarının “sıcak Jüpiter” olarak adlandırdığı, boyut ve kütle bakımından güneş sistemimizdeki Jüpiter gezegenine benzeyen ancak sıcaklığı 1.450 gibi sıcak Jüpiter’inkinin arasında olan gezegenlerdir. K (2,150 °F) HD 209458 b (keşfedilen ilk geçiş yapan ötegezegen) ve bizimki gibi yaklaşık 125 K (235) olan soğuk Jüpiterler °F). WASP-80 b, kırmızı cüce yıldızının etrafında üç günde bir döner ve bizden 163 ışıkyılı uzaklıkta, Kartal takımyıldızında yer alır. Gezegen yıldızına çok yakın ve her ikisi de bizden çok uzak olduğundan, Webb gibi en gelişmiş teleskoplarla bile gezegeni doğrudan göremiyoruz. Bunun yerine araştırmacılar, geçiş yöntemini (bilinen dış gezegenlerin çoğunu keşfetmek için kullanılan) ve tutulma yöntemini kullanarak yıldızdan ve gezegenden gelen birleşik ışığı inceliyorlar.
Yenilikçi Gözlem Teknikleri
Geçiş yöntemini kullanarak, gezegenin kendi yıldızının önüne geçmesini, bizim açımızdan, gördüğümüz yıldız ışığının biraz sönmesine neden olan sistemi gözlemledik. Birinin bir lambanın önünden geçmesi ve ışığın kararması gibi bir şey bu. Bu süre zarfında, gezegenin gece/gündüz sınırı çevresindeki gezegen atmosferinin ince bir halkası yıldız tarafından aydınlatılır ve gezegenin atmosferindeki moleküllerin ışığı emdiği belirli ışık renklerinde, atmosfer daha kalın görünür ve yıldız ışığını daha fazla engeller. atmosferin şeffaf göründüğü diğer dalga boylarına kıyasla daha derin bir kararmaya neden olur. Bu yöntem, bizim gibi bilim adamlarının, ışığın hangi renklerinin engellendiğini görerek gezegenin atmosferinin nelerden oluştuğunu anlamalarına yardımcı oluyor.
Bu arada tutulma yöntemini kullanarak, gezegen yıldızının arkasından geçerken sistemi bizim bakış açımızdan gözlemledik ve bu da aldığımız toplam ışıkta küçük bir düşüşe daha neden oldu. Tüm nesneler, nesnenin ne kadar sıcak olduğuna bağlı olarak yayılan ışığın yoğunluğu ve rengiyle birlikte termal radyasyon adı verilen bir miktar ışık yayar. Tutulmanın hemen öncesinde ve sonrasında gezegenin sıcak gündüz tarafı bize doğru yönlendiriliyor ve tutulma sırasındaki ışık azalmasını ölçerek gezegenin yaydığı kızılötesi ışığı da ölçebildik. Tutulma spektrumları için, gezegenin atmosferindeki moleküller tarafından emilme, tipik olarak, belirli dalga boylarında gezegenin yaydığı ışıkta bir azalma olarak görünür. Ayrıca gezegen, ev sahibi yıldızından çok daha küçük ve soğuk olduğu için tutulmanın derinliği, geçişin derinliğinden çok daha küçüktür.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu üzerindeki NIRCam’in yarıksız spektroskopi modundan WASP-80 b’nin ölçülen geçiş spektrumu (üstte) ve tutulma spektrumu (altta). Her iki spektrumda da, katkıları renkli konturlarla gösterilen su ve metan emilimine ilişkin açık kanıtlar bulunmaktadır. Geçiş sırasında gezegen yıldızın önünden geçer ve geçiş spektrumunda moleküllerin varlığı, gezegenin atmosferinin belirli renklerdeki ışığı daha fazla bloke etmesine ve bu dalga boylarında daha derin bir kararmaya neden olur. Tutulma sırasında gezegen yıldızın arkasından geçer ve bu tutulma spektrumunda moleküller, gezegenin belirli renklerde yayılan ışığının bir kısmını emer ve bu da, geçişe kıyasla tutulma sırasında parlaklıkta daha küçük bir düşüşe yol açar. Katkıda bulunanlar: BAERI/NASA/Taylor Bell
Spektral Verileri Analiz Etme
Yaptığımız ilk gözlemlerin spektrum dediğimiz bir şeye dönüştürülmesi gerekiyordu; bu aslında gezegenin atmosferi tarafından farklı ışık renklerinde (veya dalga boylarında) ne kadar ışığın engellendiğini veya yayıldığını gösteren bir ölçümdür. Ham gözlemleri yararlı spektrumlara dönüştürmek için birçok farklı araç mevcuttur; bu nedenle bulgularımızın farklı varsayımlara karşı dayanıklı olduğundan emin olmak için iki farklı yaklaşım kullandık. Daha sonra, bu tür aşırı koşullar altında bir gezegenin atmosferinin nasıl görüneceğini simüle etmek için bu spektrumu iki tür model kullanarak yorumladık. İlk model türü tamamen esnektir; verilerimize en iyi uyan kombinasyonu bulmak için milyonlarca metan ve su bolluğu ve sıcaklığı kombinasyonunu deneyebilir. ‘Kendi kendine tutarlı modeller’ olarak adlandırılan ikinci tip de milyonlarca kombinasyonu araştırıyor ancak beklenebilecek metan ve su seviyelerini belirlemek için mevcut fizik ve kimya bilgimizi kullanıyor. Her iki model türü de aynı sonuca ulaştı: Metanın kesin tespiti.
Bulgularımızı doğrulamak için, tespitimizin rastgele gürültü olma olasılığını değerlendirmek amacıyla sağlam istatistiksel yöntemler kullandık. Alanımızda ‘altın standardı’, ‘5 sigma tespiti’ olarak adlandırılan bir şey olarak görüyoruz; bu, tespitin rastgele gürültüden kaynaklanma ihtimalinin 1,7 milyonda 1 olduğu anlamına geliyor. Bu arada, hem geçiş hem de tutulma spektrumlarında 6,1 sigma’da metan tespit ettik; bu, her gözlemde sahte tespit olasılığını 942 milyonda 1 olarak belirleyerek 5 sigma ‘altın standardını’ aşıyor ve her ikisine de olan güvenimizi güçlendiriyor. tespitler.
Metan Tespitinin Etkileri
Böylesine kendinden emin bir tespitle, sadece bulunması zor bir molekül bulmakla kalmadık, aynı zamanda bu kimyasal bileşimin bize gezegenin doğuşu, büyümesi ve evrimi hakkında neler söylediğini keşfetmeye başlayabiliriz. Örneğin gezegendeki metan ve su miktarını ölçerek karbon atomlarının oksijen atomlarına oranını çıkarabiliriz. Bu oranın gezegenlerin sistemlerinde nerede ve ne zaman oluştuğuna bağlı olarak değişmesi bekleniyor. Dolayısıyla, bu karbon/oksijen oranının incelenmesi, gezegenin yavaş yavaş içe doğru hareket etmeden önce yıldızına yakın mı yoksa daha uzakta mı oluştuğuna dair ipuçları sunabilir.
Bu keşifle ilgili bizi heyecanlandıran bir diğer şey de sonunda güneş sistemimizin dışındaki gezegenleri içindekilerle karşılaştırma fırsatının ortaya çıkması oldu. NASA’nın, atmosferlerindeki metan ve diğer moleküllerin miktarını ölçmek için güneş sistemimizdeki gaz devlerine uzay aracı gönderme geçmişi var. Artık aynı gazın bir ötegezegende ölçümünü yaparak, “elma-elma” karşılaştırması yapmaya başlayabilir ve güneş sisteminden beklentilerin, onun dışında gördüklerimizle eşleşip eşleşmediğini görebiliriz.
James Webb Uzay Teleskobu ile Gelecek Beklentileri
Son olarak Webb ile gelecekteki keşiflere baktığımızda bu sonuç bize daha heyecan verici bulguların eşiğinde olduğumuzu gösteriyor. WASP-80 b’nin Webb ile ek MIRI ve NIRCam gözlemleri, atmosferin özelliklerini ışığın farklı dalga boylarında araştırmamıza olanak tanıyacak. Bulgularımız, karbon monoksit ve karbondioksit gibi karbon açısından zengin diğer molekülleri de gözlemleyebileceğimizi düşündürüyor ve bu gezegenin atmosferindeki koşulların daha kapsamlı bir resmini çizmemize olanak sağlıyor.
Ek olarak, ötegezegenlerde metan ve diğer gazları buldukça, kimya ve fiziğin Dünya’da sahip olduğumuzdan farklı koşullar altında ve belki yakın zamanda bize burada sahip olduğumuzu hatırlatan diğer gezegenlerde nasıl çalıştığına dair bilgimizi genişletmeye devam edeceğiz. evde. Bir şey açık: James Webb Uzay Teleskobu ile yapılan keşif yolculuğu potansiyel sürprizlerle dolu.”
Referans: Taylor J. Bell, Luis Welbanks, Everett Schlawin, Michael R. Line, Jonathan J. Fortney, Thomas P. Greene, Kazumasa Ohno, Vivien Parmentier, Emily Rauscher tarafından yazılan “Sıcak dış gezegen WASP-80b’nin atmosferi boyunca metan” , Thomas G. Beatty, Sagnick Mukherjee, Lindsey S. Wiser, Martha L. Boyer, Marcia J. Rieke ve John A. Stansberry, 22 Kasım 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06687-0
Yazarlar hakkında:
- Taylor Bell, Bay Area Çevre Araştırma Enstitüsü’nde (BAERI) doktora sonrası araştırma bilimcisidir ve NASA’nın Kaliforniya Silikon Vadisi’ndeki Ames Araştırma Merkezi’nde çalışmaktadır.
- Luis Welbanks, Tempe, Arizona’daki Arizona Eyalet Üniversitesi’nde NASA Hubble Üyesidir.