Bu sanatçının konsepti, sıcak gaz devi ötegezegen WASP-43 b’nin neye benzeyebileceğini gösteriyor. WASP-43 b, Sextans takımyıldızında, yaklaşık 280 ışıkyılı uzaklıktaki bir yıldızın etrafında dönen Jüpiter büyüklüğünde bir gezegendir. Gezegen yaklaşık 1,3 milyon mil (0,014 astronomik birim veya AU) uzaklıkta yörüngede dönüyor ve bir devresini yaklaşık 19,5 saatte tamamlıyor. WASP-43 b, yıldızına çok yakın olduğundan muhtemelen gelgit kilitlidir: dönüş hızı ve yörünge periyodu aynıdır, öyle ki bir tarafı her zaman yıldıza dönüktür. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
WASP-43 b, gezegenin etrafında saatte 5.000 mil hızla uğuldayan ekvator rüzgarlarıyla birlikte, gece tarafı bulutlu, gündüz tarafı ise açık.
Bazen Olumsuz Bir şeyi bulmak, onu bulmak kadar heyecan verici ve faydalıdır. Sıcak al Jüpiter Örneğin WASP-43b. Gelgitle kilitlenen bu dünyanın kavurucu sıcak, sürekli bir gündüz tarafı ve biraz daha serin bir gece tarafı var. Sıcaklığın haritasını çıkarmak ve gezegenin etrafındaki atmosferi analiz etmek için Webb’i kullanan gökbilimcilerin, gece tarafında ortak bir karbon molekülü olan metanı tespit etmesi bekleniyor. Ama açıkça buna dair bir işaret yok. Neden? Sonuç, süpersonik sıcak gaz rüzgarlarının gündüz taraftan estiğini, atmosferi tamamen çalkaladığını ve gece tarafında metan üretecek kimyasal reaksiyonları önlediğini gösteriyor.
Bu ışık eğrisi, gezegen yıldızın yörüngesinde dönerken WASP-43 sisteminin parlaklığının zamanla değişimini gösteriyor. Bu tür ışık eğrisi, faz eğrisi olarak bilinir çünkü tüm yörüngeyi veya gezegenin tüm evrelerini içerir.
Gelgit açısından kilitlendiğinden, yörüngede dönerken WASP-43 b’nin farklı tarafları görüş alanına dönüyor. Sistem, gezegenin yıldızın arkasından geçtiği ikincil tutulmanın hemen öncesinde ve sonrasında, sıcak gün tarafı teleskopa dönük olduğunda en parlak görünmektedir. Gezegen yörüngesine devam ettikçe ve gece tarafı görüş alanına döndükçe sistem kararmaya başlıyor. Geçişin ardından gezegen, yıldız ışığının bir kısmını engelleyerek yıldızın önünden geçtiğinde, gündüz tarafı tekrar görüş alanına döndüğünde sistem yeniden parlıyor.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI), Taylor Bell (BAERI), Joanna Barstow (Açık Üniversite), Michael Roman (Leicester Üniversitesi)
Webb Uzay Teleskobu Haritaları 280 Işıkyılı Uzaktaki Gezegenin Hava Durumu
Uluslararası bir araştırmacı ekibi başarıyla kullandı NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu sıcak gaz devi ötegezegen WASP-43’teki hava durumunu haritalandırmak için b.
Geniş bir orta-kızılötesi ışık spektrumu üzerinden yapılan hassas parlaklık ölçümleri, 3 boyutlu iklim modelleri ve diğer teleskoplardan alınan önceki gözlemlerle birleştiğinde, gece tarafını kaplayan kalın, yüksek bulutların, gündüz tarafında açık gökyüzünün ve 5.000 milden fazla ekvator rüzgarlarının varlığına işaret ediyor saatte gezegenin etrafındaki atmosferik gazların karışması.
Soruşturma bunun sadece son göstergesi. dış gezegen Webb’in sıcaklık değişimlerini ölçme ve trilyonlarca kilometre ötedeki atmosferik gazları tespit etme konusundaki olağanüstü yeteneği sayesinde bilim artık mümkün.
Gelgitle Kilitlenen “Sıcak Jüpiter”
WASP-43 b, “sıcak Jüpiter” tipi bir dış gezegendir: Jüpiter’e benzer boyuttadır, esas olarak hidrojen ve helyumdan yapılmıştır ve kendi güneş sistemimizdeki dev gezegenlerin herhangi birinden çok daha sıcaktır. Yıldızı Güneş’ten daha küçük ve daha soğuk olmasına rağmen WASP-43 b, yalnızca 2,3 milyon mil (Merkür ile Güneş arasındaki mesafenin 1/25’inden daha az) bir mesafede yörüngede dönüyor.
Bu kadar dar bir yörüngeye sahip olan gezegen, bir tarafı sürekli aydınlatılan, diğer tarafı ise sürekli karanlık olan gelgit açısından kilitlenmiştir. Gece tarafı yıldızdan hiçbir zaman doğrudan ışınım almasa da, doğuya doğru kuvvetli rüzgarlar ısıyı gündüz tarafından etrafa taşır.
WASP-43 b, 2011 yılındaki keşfinden bu yana NASA’nın Hubble ve artık kullanımdan kaldırılan Spitzer uzay teleskopları da dahil olmak üzere çok sayıda teleskopla gözlemlendi.
“Hubble ile gündüz tarafında su buharı olduğunu açıkça görebildik. Hem Hubble hem de Spitzer, gece tarafında bulutların olabileceğini öne sürdü” diye açıkladı Körfez Bölgesi Çevre Araştırma Enstitüsü’nden araştırmacı ve 30 Nisan’da yayınlanan bir çalışmanın baş yazarı Taylor Bell. Doğa Astronomi. “Ancak gezegenin her yerinde sıcaklığı, bulut örtüsünü, rüzgarları ve daha ayrıntılı atmosferik kompozisyonu gerçekten haritalamaya başlamak için Webb’in daha hassas ölçümlerine ihtiyacımız vardı.”
Bir dış gezegen faz eğrisinin bu basitleştirilmiş diyagramı, gezegen yıldızın yörüngesinde dönerken bir yıldız-gezegen sisteminin toplam parlaklığındaki değişimi göstermektedir. Gezegenin aydınlık tarafının büyük kısmı teleskopa dönük olduğunda (tam faz) sistem daha parlak görünür. Karanlık tarafın büyük kısmı teleskopa baktığında (yeni aşama), gezegen yıldız ışığının bir kısmını engellediğinde (geçiş) ve gezegenden gelen ışık yıldız tarafından engellendiğinde (ikincil tutulma) daha sönük görünür.
(Üst) Bir gezegenin, yıldızının yörüngesinde dönerken fazındaki değişimi (teleskopun karşısındaki aydınlık tarafın miktarı) gösteren diyagram.
(Altta) Gezegen kendi yıldızının etrafında dönerken yıldız-gezegen sisteminin toplam parlaklığındaki değişimi gösteren üç boyutlu grafik. Işık eğrisi olarak bilinen bu grafikte yatay düzlem yörünge konumu, dikey eksen ise parlaklıktır.
(Sağ) Ölçek çubuğu. Hem yörünge diyagramında hem de ışık eğrisinde renk, yıldız + gezegenin gözlemlenen parlaklığını gösterir: koyu mordan (daha az ışık algılandı) beyaza (daha fazla ışık algılandı).
Araştırmacılar, bir gezegenin yansıma ve sıcaklık değişimlerini boylamla (bir taraftan diğerine) incelemek için faz eğrilerini kullanıyor; bu, gezegenin yüzey bileşimi ve atmosferik koşulları hakkında fikir verebilir.
Katkı Sağlayanlar: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI), Andi James (STScI), Greg Bacon (STScI)
Sıcaklık Haritalama ve Hava Durumu Çıkarımı
WASP-43 b bir teleskopun doğrudan göremeyeceği kadar küçük, sönük ve yıldızına yakın olmasına rağmen, sadece 19,5 saatlik kısa yörünge periyodu onu, yıldızın parlaklığındaki küçük değişiklikleri ölçmeyi içeren bir teknik olan faz eğrisi spektroskopisi için ideal kılmaktadır. Gezegen yıldızın etrafında dönerken yıldız-gezegen sistemi.
Bir nesnenin yaydığı orta-kızılötesi ışığın miktarı büyük ölçüde ne kadar sıcak olduğuna bağlı olduğundan, Webb tarafından yakalanan parlaklık verileri daha sonra gezegenin sıcaklığını hesaplamak için kullanılabilir.
Ekip, WASP-43 sisteminden gelen ışığı 24 saatten fazla bir süre boyunca her 10 saniyede bir ölçmek için Webb’in MIRI’sini (Orta Kızılötesi Enstrüman) kullandı. Bell, “Yörüngenin tamamını gözlemleyerek, gezegenin farklı taraflarının görüş alanına dönerken sıcaklığını hesaplayabildik” diye açıkladı. “Bundan yola çıkarak gezegen genelinde kaba bir sıcaklık haritası oluşturabiliriz.”
Ölçümler, gündüz tarafının ortalama sıcaklığının yaklaşık 2.300 derece olduğunu gösteriyor Fahrenhayt (1.250 derece santigrat) – demiri dövebilecek kadar sıcak. Bu arada, gece tarafı 1.100 Fahrenheit (600 santigrat derece) ile önemli ölçüde daha soğuktur. Veriler aynı zamanda gezegendeki en sıcak noktanın (“sıcak nokta”) belirlenmesine de yardımcı oluyor; bu nokta, yıldızın gezegenin gökyüzündeki en yüksek olduğu, en fazla yıldız radyasyonunu alan noktadan biraz doğuya doğru kaymış durumda. Bu kayma, ısıtılmış havayı doğuya doğru hareket ettiren süpersonik rüzgarlar nedeniyle meydana gelir.
Birleşik Krallık’taki Leicester Üniversitesi’nden ortak yazar Michael Roman, “Sıcaklığı bu şekilde haritalandırabildiğimiz gerçeği, Webb’in duyarlılığının ve istikrarının gerçek bir kanıtıdır” dedi.
Haritayı yorumlamak için ekip, Dünya’daki hava ve iklimi anlamak için kullanılanlara benzer karmaşık 3 boyutlu atmosferik modeller kullandı. Analiz, gece tarafının muhtemelen kızılötesi ışığın bir kısmının uzaya kaçmasını engelleyen kalın, yüksek bir bulut tabakasıyla kaplı olduğunu gösteriyor. Sonuç olarak, gece tarafı çok sıcak olmasına rağmen bulutların olmadığı duruma göre daha sönük ve daha soğuk görünüyor.
Bu harita seti, sıcak gaz devi ötegezegen WASP-43 b’nin, yıldızının yörüngesinde dönerken görünen tarafının sıcaklığını gösteriyor. Sıcaklıklar, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu üzerindeki MIRI (Orta Kızılötesi Enstrüman) tarafından yıldız-gezegen sisteminden tespit edilen 5 ila 12 mikronluk orta kızılötesi ışığın 8.000’den fazla parlaklık ölçümüne dayanarak hesaplandı. Genel olarak, bir nesne ne kadar sıcaksa o kadar fazla orta kızılötesi ışık yayar. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI), Taylor Bell (BAERI), Joanna Barstow (Açık Üniversite), Michael Roman (Leicester Üniversitesi)
Eksik Metan ve Şiddetli Rüzgarlar
Webb tarafından yakalanan orta kızılötesi ışığın geniş spektrumu aynı zamanda su buharı miktarının (H) ölçülmesini de mümkün kıldı.2O) ve metan (CH4) gezegenin etrafında. Birleşik Krallık’taki Açık Üniversite’den ortak yazar Joanna Barstow, “Webb bize tam olarak hangi molekülleri gördüğümüzü anlama ve bolluklara bazı sınırlamalar getirme fırsatı verdi” dedi.
Spektrumlar, gezegenin hem gece hem de gündüz tarafında su buharının açık işaretlerini gösteriyor ve bulutların ne kadar kalın olduğu ve atmosferde ne kadar yükseğe yayıldıkları hakkında ek bilgi sağlıyor.
Şaşırtıcı bir şekilde veriler aynı zamanda belirgin bir durum da gösteriyor. eksiklik atmosferin herhangi bir yerinde metan var. Gündüz tarafı metanın var olması için çok sıcak olmasına rağmen (karbonun çoğu karbon monoksit formunda olmalıdır), metanın daha soğuk olan gece tarafında kararlı ve tespit edilebilir olması gerekir.
Barstow, “Metan göremediğimiz gerçeği bize WASP-43 b’nin saatte 5.000 mil gibi bir hıza ulaşan rüzgar hızlarına sahip olması gerektiğini söylüyor” diye açıkladı. “Rüzgarlar gazı gündüz tarafından gece tarafına ve tekrar geri yeterince hızlı hareket ettirirse, beklenen kimyasal reaksiyonların gece tarafında tespit edilebilir miktarda metan üretmesi için yeterli zaman olmaz.”
Ekip, rüzgarın yönlendirdiği bu karışım nedeniyle atmosfer kimyasının gezegenin her yerinde aynı olduğunu düşünüyor; bu durum Hubble ve Spitzer ile yapılan geçmiş çalışmalardan açıkça görülmüyordu.
Referans: Taylor J. Bell, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Laura Kreidberg, Anjali AA Piette, Michael T. Roman, Joanna K. Barstow, Jasmina Blecic, “Sıcak Jüpiter WASP-43b’de gece bulutları ve dengesizlik kimyası”, Ludmila Carone, Louis-Philippe Coulombe, Elsa Ducrot, Mark Hammond, João M. Mendonça, Julianne I. Moses, Vivien Parmentier, Kevin B. Stevenson, Lucas Teinturier, Michael Zhang, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Björn Benneke , Benjamin Charnay, Katy L. Chubb, Brice-Olivier Demory, Peter Gao, Elspeth KH Lee, Mercedes López-Morales, Giuseppe Morello, Emily Rauscher, David K. Sing, Xianyu Tan, Olivia Venot, Hannah R. Wakeford, Keshav Aggarwal , Eva-Maria Ahrer, Munazza K. Alam, Robin Baeyens, David Barrado, Claudio Caceres, Aarynn L. Carter, Sarah L. Casewell, Ryan C. Challener, Ian JM Crossfield, Leen Decin, Jean-Michel Désert, Ian Dobbs- Dixon, Achrène Dyrek, Néstor Espinoza, Adina D. Feinstein, Neale P. Gibson, Joseph Harrington, Christiane Helling, Renyu Hu, Nicolas Iro, Eliza M.-R. Kempton, Sarah Kendrew, Thaddeus D. Komacek, Jessica Krick, Pierre-Olivier Lagage, Jérémy Leconte, Monika Lendl, Neil T. Lewis, Joshua D. Lothringer, Isaac Malsky, Luigi Mancini, Megan Mansfield, Nathan J. Mayne, Thomas M Evans-Soma, Karan Molaverdikhani, Nikolay K. Nikolov, Matthew C. Nixon, Enric Palle, Dominique JM Petit dit de la Roche, Caroline Piaulet, Diana Powell, Benjamin V. Rackham, Aaron D. Schneider, Maria E. Steinrueck, Jake Taylor, Luis Welbanks, Sergei N. Yurchenko, Xi Zhang ve Sebastian Zieba, 30 Nisan 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x
WASP-43 b’nin MIRI gözlemi, araştırmacılara çok çeşitli kozmik olayları incelemek için geniş bir dizi sağlam, açık erişimli veri sağlayan Webb Erken Yayın Bilim programlarının bir parçası olarak gerçekleştirildi.
James Webb Uzay Teleskobu dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözüyor, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakıyor ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve onun içindeki yerimizi araştırıyor. Webb, NASA’nın ortakları ESA ile birlikte yürüttüğü uluslararası bir programdır (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı.