Dış gezegen WASP-39b üzerine yapılan araştırmalar, gözlemleri teorik tahminlerle eşleştirmek için modellere yıldız manyetik alanlarının dahil edilmesi ihtiyacını ortaya çıkardı ve dış gezegen çalışma doğruluğunu önemli ölçüde artırdı. (Sanatçının konsepti.) Kredi: SciTechDaily.com
Ev sahibi yıldızın parlaklık değişimlerinden, dış gezegenbüyüklüğü ve diğer özellikleri belirlenebilir. Hatalardan kaçınmak için yıldızın manyetik alanı belirleyicidir.
Dünya’dan 700 ışıkyılı uzaklıkta, Başak takımyıldızında bulunan WASP-39b gezegeni, WASP-39 yıldızının yörüngesinde dönüyor. Bir yörüngesini tamamlaması dört günden biraz fazla süren gaz devi, üzerinde en çok çalışılan ötegezegenlerden biri.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, Temmuz 2022’de hizmete alınmasından kısa bir süre sonra yüksek hassasiyetli bakışını uzak gezegene çevirdi. Veriler, WASP-39b’nin atmosferinde büyük miktarda su buharı, metan ve hatta ilk kez karbondioksit bulunduğunun kanıtlarını ortaya çıkardı. Küçük bir sansasyon!
Ancak merhemde hala bir sinek var: Araştırmacılar, model hesaplamalarında gözlemlerin tüm önemli ayrıntılarını yeniden üretmeyi henüz başaramadılar. Bu, verilerin daha da hassas bir şekilde analiz edilmesinin önünde durmaktadır. MPS liderliğindeki yeni çalışmada, aralarında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (ABD), Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (ABD), Keele Üniversitesi (Birleşik Krallık) ve Heidelberg Üniversitesi’nden (Almanya) araştırmacıların da bulunduğu yazarlar, şunları gösteriyor: bu engeli aşmanın bir yolu.
Ötegezegen Verilerini Yorumlamadaki Zorluklar
“WASP-39b’den gelen verileri yorumlarken ortaya çıkan sorunlar, Kepler ile gözlemlenip gözlemlenmediğine bakılmaksızın diğer birçok dış gezegenden de iyi bilinmektedir. TESS, James Webb veya geleceğin PLATO uzay aracı” diye açıklıyor yeni çalışmanın ilk yazarı MPS bilim insanı Dr. Nadiia Kostogryz. “Dış gezegenlerin yörüngesindeki diğer yıldızlarda olduğu gibi, WASP-39’un gözlemlenen ışık eğrisi önceki modellerin açıklayabileceğinden daha düz” diye ekliyor.
Düşük manyetik alan gücüne sahip yıldızlar, güçlü manyetik alana sahip yıldızlara göre daha belirgin bir uzuv kararması sergiler. Bu ışık eğrisinin şeklini etkiler. Kredi bilgileri: MPS / hormesdesign.de
Araştırmacılar ışık eğrisini bir yıldızın parlaklığının daha uzun bir süre boyunca ölçülmesi olarak tanımlıyor. Bir yıldızın parlaklığı, örneğin parlaklığının doğal dalgalanmalara maruz kalması nedeniyle sürekli olarak dalgalanır. Ötegezegenler ayrıca ışık eğrisinde de izler bırakabilir. Bir dış gezegen, bir gözlemcinin gördüğü şekilde yıldızının önünden geçerse, yıldız ışığını azaltır. Bu, ışık eğrisinde parlaklıkta düzenli olarak tekrarlanan bir düşüş olarak yansıtılır. Bu tür eğrilerin hassas değerlendirmeleri gezegenin büyüklüğü ve yörünge periyodu hakkında bilgi sağlar. Araştırmacılar ayrıca yıldızdan gelen ışığın farklı dalga boylarına veya renklerine bölünmesi durumunda gezegenin atmosferinin bileşimi hakkında da bilgi edinebilirler.
Bir yıldızın parlaklık dağılımına yakından bakış
Bir yıldızın kenarı, yani yıldız diskinin kenarı, ışık eğrisinin yorumlanmasında belirleyici bir rol oynar. Tıpkı Güneş’te olduğu gibi, gözlemciye bu kenar, iç bölgeye göre daha koyu görünür. Ancak yıldız aslında daha uzakta daha az parlak bir şekilde parlamıyor. Ortak yazar ve MPS Direktörü Prof. Dr. Laurent Gizon şöyle açıklıyor: “Yıldız bir küre olduğundan ve yüzeyi kavisli olduğundan, kenardaki merkezden daha yüksek ve dolayısıyla daha soğuk katmanlara bakıyoruz.” “Dolayısıyla bu alan bize daha karanlık görünüyor” diye ekliyor.
Uzuv kararmasının, ışık eğrisindeki dış gezegen sinyalinin tam şeklini etkilediği biliniyor: Karartma, bir yıldızın parlaklığının gezegen geçişi sırasında ne kadar dik bir şekilde düşüp sonra tekrar yükseleceğini belirler. Ancak yıldız atmosferinin geleneksel modellerini kullanarak gözlemsel verileri doğru bir şekilde yeniden üretmek mümkün olmadı. Parlaklığın azalması her zaman model hesaplamalarının önerdiğinden daha az ani oldu. Mevcut çalışmanın yazarlarından MPS Direktörü Prof. Dr. Sami Solanki, “Ötegezegenlerin sinyalini tam olarak anlamak için yapbozun çok önemli bir parçasını kaçırdığımız açıktı” diyor.
Manyetik alan yapbozun eksik parçası
Bugün yayınlanan hesaplamaların gösterdiği gibi bulmacanın eksik parçası yıldızların manyetik alanıdır. Güneş gibi birçok yıldız da muazzam sıcak akımlar yoluyla içlerinin derinliklerinde bir manyetik alan üretir. plazma. Araştırmacılar ilk kez manyetik alanı uzuv kararması modellerine dahil edebildiler. Manyetik alanın gücünün önemli bir etkiye sahip olduğunu gösterebilirler: Uzuv kararması zayıf manyetik alana sahip yıldızlarda belirginken, güçlü manyetik alana sahip yıldızlarda daha zayıftır.
Araştırmacılar ayrıca yıldızın manyetik alanının hesaplamalara dahil edilmesi durumunda gözlem verileri ile model hesaplamaları arasındaki tutarsızlığın ortadan kalktığını da kanıtlayabildiler. Bu amaçla ekip, seçilen verilere yöneldi. NASA2009’dan 2018’e kadar binlerce ve binlerce yıldızın ışığını yakalayan Kepler Uzay Teleskobu. Bilim insanları ilk adımda, manyetik alanın varlığında tipik Kepler yıldızlarının atmosferini modelledi. İkinci adımda ise bu hesaplamalardan “yapay” gözlemsel veriler ürettiler. Gerçek verilerle yapılan karşılaştırmada, manyetik alanın dahil edilmesiyle Kepler verilerinin başarıyla çoğaltıldığı görüldü.
Ekip aynı zamanda düşüncelerini şu verilerden de kapsayacak şekilde genişletti: James Webb Uzay Teleskobu. Teleskop uzak yıldızların ışığını çeşitli dalga boylarına bölebilir ve böylece keşfedilen gezegenlerin atmosferindeki belirli moleküllerin karakteristik işaretlerini arayabilir. Anlaşıldığı üzere, ana yıldızın manyetik alanı, yıldız kanadının farklı dalga boylarında farklı şekilde kararmasını etkiliyor ve bu nedenle daha kesin sonuçlar elde etmek için gelecekteki değerlendirmelerde dikkate alınması gerekiyor.
Teleskoplardan modellere
“Geçtiğimiz on yıllar ve yıllarda, ötegezegen araştırmalarında ilerlemenin yolu, yeni dünyaları aramak ve karakterize etmek için tasarlanmış uzay teleskopları olan donanımı geliştirmekti. James Webb Uzay Teleskobu bu gelişmeyi yeni sınırlara itti” diyor mevcut çalışmanın ortak yazarı ve MPS’de ERC tarafından finanse edilen bir araştırma grubunun başkanı Dr. Alexander Shapiro. “Şimdi bir sonraki adım, bu mükemmel verileri yorumlayacak modelleri geliştirmek ve hassaslaştırmaktır” diye ekliyor.
Bu gelişmeyi daha da ilerletmek için araştırmacılar artık analizlerini Güneş’ten açıkça farklı olan yıldızları da kapsayacak şekilde genişletmek istiyorlar. Buna ek olarak, bulguları, yıldızların manyetik alanının gücünü anlamak için ötegezegenlere sahip yıldızların ışık eğrilerini kullanma olasılığını sunuyor; aksi takdirde ölçülmesi genellikle zordur.
Referans: Nadiia M. Kostogryz, Alexander I. Shapiro, Veronika Witzke, Robert H. Cameron, Laurent Gizon, Natalie A. Krivova, Hans-G. Ludwig, Pierre FL Maxted, Sara Seager, Sami K. Solanki ve Jeff Valenti, 12 Nisan 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02252-5