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. Resim kredisi: NASA.
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 atmosfere işaret eden spektrumları ortaya çıkardı. Bugüne kadar bir düzineden fazla gezegende su buharı tespit edilmiş olsa da, yakın zamana kadar, güneş sistemimizdeki Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün’ün atmosferlerinde bol miktarda bulunan bir molekül olan metan, geçiş yapan dış gezegenlerin atmosferlerinde yakalanması zor bir moleküldü. uzay tabanlı spektroskopi ile incelendiğinde.
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 yayınlanan içinde Doğa.
“Yaklaşık 825 Kelvin (yaklaşık 1.025 derece Fahrenheit) sıcaklığa sahip olan WASP-80 b, bilim adamlarının ‘sıcak Jüpiter’ olarak adlandırdığı, boyut ve kütle bakımından güneş sistemimizdeki Jüpiter gezegenine benzeyen ancak sıcaklık, 1.450 K (2.150 F) HD 209458 b (keşfedilen ilk geçiş yapan ötegezegen) gibi sıcak Jüpiterler ile bizimki gibi yaklaşık 125 K (235 F) olan soğuk Jüpiterlerin sıcaklığı arasındadır.”
“WASP-80 b, kırmızı cüce yıldızının etrafında üç günde bir döner ve bizden 163 ışıkyılı uzaklıkta, Aquila takımyıldızında yer alır. Gezegen yıldızına çok yakın ve her ikisi de bizden çok uzakta olduğundan, “Gezegeni Webb gibi en gelişmiş teleskoplarla bile doğrudan göremiyoruz. Bunun yerine araştırmacılar, geçiş yöntemini (en çok bilinen ötegezegenleri keşfetmek için kullanılan) ve tutulma yöntemini kullanarak yıldızdan ve gezegenden gelen birleşik ışığı inceliyor.”
“Gezegen kendi perspektifimizden yıldızının önüne geçtiğinde, geçiş yöntemini kullanarak sistemi gözlemledik, bu da gördüğümüz yıldız ışığının biraz sönmesine neden oldu. Bu, birinin bir lambanın önünden geçmesi ve ışığın kararması gibi bir şey. ”
“Bu süre zarfında, gezegenin gece/gündüz sınırı etrafındaki ince bir atmosfer halkası yıldız tarafından aydınlatılıyor ve gezegenin atmosferindeki moleküllerin ışığı emdiği belirli ışık renklerinde, atmosfer daha kalın görünüyor ve yıldız ışığını daha fazla engelliyor. atmosferin şeffaf göründüğü diğer dalga boylarına kıyasla daha derin bir kararmaya neden oluyor. Bu yöntem, bizim gibi bilim adamlarının, ışığın hangi renklerinin engellendiğini görerek gezegenin atmosferinin neyden 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 neden oldu. Tüm nesneler, termal radyasyon adı verilen, yoğunluğu ve renginde bir miktar ışık yayar. yayılan ışık nesnenin ne kadar sıcak olduğuna bağlı.”
“Tutulmanın hemen öncesinde ve sonrasında gezegenin sıcak gündüz tarafı bize doğru yönlendiriliyor ve tutulma sırasında ışıktaki azalmayı ölçerek gezegenin yaydığı kızılötesi ışığı da ölçebildik. Tutulma spektrumları için, gezegendeki moleküller tarafından emilme Gezegenin atmosferi tipik olarak gezegenin belirli dalga boylarında yaydığı ışıkta bir azalma olarak görünür. Ayrıca gezegen, ev sahibi yıldızından çok daha küçük ve daha soğuk olduğundan, tutulmanın derinliği bir 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. Resim Kredisi: BAERI/NASA/Taylor Bell.
“Yaptığımız ilk gözlemlerin spektrum dediğimiz bir şeye dönüştürülmesi gerekiyordu; bu aslında gezegenin atmosferi tarafından ışığın farklı renklerinde (veya dalga boylarında) ne kadar ışığın engellendiğini veya yayıldığını gösteren bir ölçüm. Birçok farklı araç mevcut. Ham gözlemleri faydalı spektrumlara dönüştürdüğümüz için bulgularımızın farklı varsayımlara karşı dayanıklı olduğundan emin olmak için iki farklı yaklaşım kullandık.”
“Sonra, bu tür ekstrem koşullar altında bir gezegenin atmosferinin nasıl görüneceğini simüle etmek için iki tür model kullanarak bu spektrumu yorumladık. İlk tür model tamamen esnektir ve bulmak için milyonlarca metan ve su bolluğu ve sıcaklık kombinasyonunu denemektedir. “Kendi kendine tutarlı modeller” adı verilen ikinci tür 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 üzere sağlam istatistiksel yöntemler kullandık. Alanımızda ‘altın standardı’, ‘5 sigma tespiti’ olarak adlandırılan, tespit olasılığı anlamına gelen bir şey olarak kabul ediyoruz. Rastgele gürültünün neden olduğu risk 1,7 milyonda 1. Bu arada, hem geçiş hem de tutulma spektrumlarında 6,1 sigma’da metan tespit ettik, bu da her gözlemde sahte tespit olasılığını 942 milyonda 1 olarak belirleyerek 5 sigmayı aşıyor. ‘altın standart’ ve her iki tespite olan güvenimizi güçlendiriyor.”
“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, metan ve su miktarını ölçerek. gezegende karbon atomlarının oksijen atomlarına oranını çıkarabiliyoruz.”
“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 nihayet güneş sistemimizin dışındaki gezegenleri içindekilerle karşılaştırma fırsatının ortaya çıkması oldu. NASA’nın, metan ve diğer gazların miktarını ölçmek için güneş sistemimizdeki gaz devlerine uzay aracı gönderme geçmişi var. Artık bir dış gezegende aynı gazın ölçümünü yaparak, ‘elma-elma’ karşılaştırması yapmaya başlayabilir ve güneş sisteminden beklentilerin, onun dışında gördüklerimizle eşleşip eşleşmediğini görebiliriz. ”
“Son olarak, Webb ile gelecekteki keşiflere baktığımızda, bu sonuç bize daha heyecan verici bulguların eşiğinde olduğumuzu gösteriyor. Webb ile WASP-80 b’nin ek MIRI ve NIRCam gözlemleri, atmosferin özelliklerini şu anda araştırmamıza olanak tanıyacak: “Bulgularımız, karbon monoksit ve karbon dioksit gibi karbon açısından zengin diğer molekülleri de gözlemleyebileceğimizi düşündürüyor ve bu gezegenin atmosferindeki koşulların daha kapsamlı bir resmini çizmemize olanak sağlıyor.”
“Ayrıca, dış gezegenlerde metan ve diğer gazları buldukça, kimya ve fiziğin Dünya’da sahip olduğumuzdan farklı koşullar altında ve belki yakın zamanda bize sahip olduklarımızı hatırlatan diğer gezegenlerde nasıl çalıştığına dair bilgimizi genişletmeye devam edeceğiz. burada, evimizde. Açık olan bir şey var ki, James Webb Uzay Teleskobu ile yapılan keşif yolculuğu potansiyel sürprizlerle doludur.”
Daha fazla bilgi:
Taylor Bell, sıcak dış gezegen WASP-80b’nin atmosferi boyunca metan gazı, Doğa (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06687-0. www.nature.com/articles/s41586-023-06687-0
Alıntı: Webb, bir dış gezegenin atmosferinde metan tanımladı (2023, 22 Kasım), 23 Kasım 2023 tarihinde https://phys.org/news/2023-11-webb-methane-exoplanet-atmphere.html adresinden alındı
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan her türlü adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgilendirme amaçlı sağlanmıştır.