WASP-121b’nin dinamik atmosferindeki şaşırtıcı imzalar, ‘kavurma marshmallow’un nasıl biçimlendirildiğini anlamaya zorlanıyor

Bilinen dış gezegenlerin yaklaşık üçte biri Jüpiter veya Satürn’e benzer muazzam gaz devleridir. Ancak güneş sistemimiz güneşimizden uzak gaz devleriyle gelişirken, bazı gezegensel sistemler, bazıları Merkür’ün güneşe olduğu kadar yakın, yıldızlarına çok yakın dönen ‘sıcak, hatta ultra sıcak-jupiters’tan oluşur. Bu sıcak, kabarık devler aşırı sıcaklıklara dayanır ve bazen “kavurma marshmallow” lakaplıdır.

Uygun şekilde adlandırılan kavurma marshmallows programının bir üyesi olarak, Arizona Eyalet Üniversitesi Dünya ve Uzay Keşif Okulu’ndaki lisansüstü ortağı Peter Smith, oluşturdukları protoplantary diskleri öğrenmek için sıcak ve ultra sıcak jüpitlerin atmosferik kimyasını inceliyor.

Bu program, NSF Noirlab tarafından işletilen Uluslararası İkizler Gözlemevi’nin yarısı olan Şili’deki Gemini Güney Teleskopunda daldırma ızgarası kızılötesi spektrografını (IGRINS) kullanır.

Son zamanlarda, ekip iyi bilinen gaz devi WASP-121b’yi gözlemledi ve gözlemleri oluşum geçmişi hakkında beklenmedik bir şey ortaya çıkardı. Araştırmaları bir kağıt İçinde görünmek Astronomik dergi.

Gezegensel bir sistem, protoplantary disk olarak adlandırılan şeyden oluşur – kayalık ve buzlu malzemenin bir karışımını içeren dönen bir disk. Demir, magnezyum ve silikon gibi kayalık malzemeler, katılaşmış durumlarında kolayca bulunur ve gaza buharlaşmak için aşırı ısı seviyeleri gerektirirken, su, metan, amonyak ve karbon monoksit gibi buzlu malzemeler kolayca buharlaşır ve çok düşük gerektirir Yoğuşma sıcaklıkları.

Farklı sıcaklık eşikleri nedeniyle, diskteki kayalık ve buzlu malzemeler, yıldızdan uzaklığa bağlı olarak katıdan gaza değişen bir gradyana yayıldı.

Sonuç olarak, gökbilimciler gezegenlerin ve atmosferlerinin bileşiminde bu unsurların imzalarını arayabilir, kayalıkların buzlu malzemeye oranını hesaplayabilir ve gezegenin oluşturulduğu yıldızından ne kadar uzakta belirleyebilir.

Bu oranın ölçülmesi tipik olarak, katı kayalık elemanları tespit etmek için görünür ışığa duyarlı bir cihaz kullanarak ve gaz halindeki buzlu elemanları tespit etmek için kızılötesi ışığa duyarlı bir başka gözlem gerektirir. Ancak WASP-121b, aşırı sıcaklıklara sahip ultra sıcak bir Jüpiter olduğundan, her iki malzeme atmosfere buharlaştırılır ve IGRIN’lerin yüksek spektral çözünürlüğü ile tespit edilebilir.

Bu gözlemlerle, Smith ve ekibi ilk kez tek bir enstrüman kullanarak geçişli bir gezegen için kaya-buz oranını ölçtüğünü gösterdi.

IGRINS tarafından izin verilen bu benzersiz yetenek, enstrümantal farklılıklar tarafından getirilen potansiyel hataları ortadan kaldırır ve dış gezegen kimyasal analizi için iyimser bir yola işaret eder.

Smith, “Gemini South’dan igrin kullanan yer tabanlı veriler, bireysel kimyasal bollukların uzay tabanlı teleskopların bile elde edebileceğinden daha hassas ölçümleri yaptı” diyor.

Spektroskopik veriler, WASP-121b’nin yüksek kaya-buz oranına sahip olduğunu göstermektedir, bu da oluşurken fazla kayalık malzeme topladığını gösterir. Bu, protoplanetary diskinin bir bölgesinde oluşan gezegenin, buzların yoğunlaşması için çok sıcak olduğu, bu da genellikle gaz devlerinin oluşmak için katı buzlara ihtiyaç duyduğuna inanıldığı için şaşırtıcı bir keşif olduğunu gösteriyor.

Smith, “Ölçümümüz, belki de bu tipik görüşün yeniden değerlendirilmesi gerektiği ve gezegen oluşum modellerimizin yeniden ziyaret edildiği anlamına geliyor” diyor.

Smith ve ekibi de WASP-121b’nin atmosferinin dikkate değer özelliklerini buldu. “Bu gezegenin iklimi aşırı ve Dünya’nınki gibi bir şey değil” diyor.

Gezegenin günleri o kadar sıcak ki, tipik olarak “metal” olarak düşünülen elementler atmosfere buharlaşıyor, bu da onları spektroskopi yoluyla tespit edilebilir hale getiriyor. Güçlü rüzgarlar bu metalleri gezegenin kalıcı gece kenarına üfler, burada yoğunlaşmaları ve yağmur yağması için yeterince havalıdır-WASP-121b’de kalsiyum yağmur şeklinde gözlemlenen bir etki.

Smith, “Enstrüman hassasiyetimiz, rüzgar hızları gibi incelikleri görmek için farklı bölgeleri, rakımları ve boylamları araştırmak için bu öğeleri kullanabileceğimiz noktaya ilerliyor.

Igrins, Smith 2022 ve 2023 yıllarında WASP-121B’yi gözlemlediğinde Gemini South’ta ziyaret eden bir enstrümandı. O zamandan beri teleskopu kendi kurumuna geri dönmek için terk etti. Enstrüman o kadar başarılıydı ki, Hawaii’deki Gemini Kuzey Teleskopu için yeni bir yineleme-göç-2-görevlendirildi ve şimdi bilim kalibrasyon aşamasında.

Smith, Igrins’i ekibinin WASP-121b’nin atmosferinin ayrıntılı ölçümlerinde önemli bir faktör olarak belirtiyor ve bu araştırmaları IGRINS-2 ile diğer dış gezegen sistemlerine genişletmeyi dört gözle bekliyor.

Daha büyük bir sıcak ve ultra sıcak Jüpiter atmosfer örneği oluşturmak, bilim adamlarının dev gezegenlerin nasıl oluştuğu konusundaki bilgilerini geliştirmelerine izin verecektir.