“Sıcak Jüpiter’in” karanlık tarafı ilk kez ayrıntılı olarak ortaya çıktı

MIT gökbilimcileri, yıldızına “gelgitle kilitlenmiş” bir ötegezegenin sürekli karanlık tarafının şimdiye kadarki en net görüntüsünü elde ettiler. Gözlemleri, gezegenin sürekli gündüz tarafının ölçümleriyle birleştiğinde, bir ötegezegenin küresel atmosferinin ilk ayrıntılı görüntüsünü sağlıyor.

MIT’nin Kavli Astrofizik ve Uzay Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Thomas Mikal-Evans, “Artık ötegezegen atmosferlerinin belirli bölgelerinin izole edilmiş anlık görüntülerini almanın ötesine geçerek, onları gerçekte oldukları 3B sistemler olarak incelemek için hareket ediyoruz” diyor. Araştırma.

Görünen yeni çalışmanın merkezindeki gezegen, Doğa AstronomiWASP-121b, Jüpiter’in neredeyse iki katı büyüklüğünde devasa bir gaz devi. Gezegen ultra sıcak bir Jüpiter’dir ve 2015 yılında Dünya’dan yaklaşık 850 ışıkyılı uzaklıkta bir yıldızın yörüngesinde keşfedilmiştir. WASP-121b, bugüne kadar tespit edilen en kısa yörüngelerden birine sahip ve yıldızını sadece 30 saatte dolaşıyor. Aynı zamanda, yıldıza bakan “gündüz” tarafı sürekli olarak kavrulacak ve “gece” tarafı sonsuza kadar uzaya dönük olacak şekilde gelgit kilitlidir.

“Sıcak Jüpiter’ler çok parlak gündüz taraflarına sahip olmalarıyla ünlüdür, ancak gece tarafı farklı bir canavardır. WASP-121b’nin gece tarafı, gündüz tarafına göre yaklaşık 10 kat daha sönüktür,” diyor MIT’de TESS postdokosu ve ortak yazar olan Tansu Daylan çalışma.

Gökbilimciler daha önce su buharını tespit etmiş ve gezegenin gündüz tarafında atmosfer sıcaklığının irtifa ile nasıl değiştiğini incelemişlerdi.

Yeni çalışma çok daha ayrıntılı bir resim yakalıyor. Araştırmacılar, gündüzden geceye doğru dramatik sıcaklık değişimlerini haritalayabildiler ve bu sıcaklıkların irtifa ile nasıl değiştiğini görebildiler. Ayrıca, suyun bir gezegenin gündüz ve gece tarafları arasında nasıl dolaştığını ilk kez göstermek için atmosferdeki suyun varlığını da takip ettiler.

Dünya’da su döngüleri önce buharlaşarak, sonra bulutlara dönüşerek ve ardından yağmur yağarak, WASP-121b’de su döngüsü çok daha yoğundur: Gündüz tarafında, suyu oluşturan atomlar 3.000’in üzerindeki sıcaklıklarda parçalanır. Kelvin. Bu atomlar, daha düşük sıcaklıkların hidrojen ve oksijen atomlarının su moleküllerine yeniden birleşmesine izin verdiği ve daha sonra döngünün yeniden başladığı gündüz tarafına geri üflediği gece tarafına üflenir.

Ekip, gezegenin su döngüsünün, gezegenin etrafındaki atomları saniyede 5 kilometreye kadar veya saatte 11.000 milden fazla hızlarda savuran rüzgarlar tarafından sürdürüldüğünü hesaplıyor.

Ayrıca, gezegenin etrafında dolaşan suyun yalnız olmadığı da görülüyor. Gökbilimciler, gece tarafının, yakut ve safir oluşturan bir mineral olan demir ve korundumdan oluşan egzotik bulutları barındıracak kadar soğuk olduğunu buldular. Bu bulutlar, su buharı gibi, yüksek sıcaklıkların metalleri gaz formuna buharlaştırdığı gündüz tarafına doğru fırlayabilir. Yolda, korundum bulutlarından sıvı taşlar gibi egzotik yağmur üretilebilir.

Mikal-Evans, “Bu gözlemle, bir dış gezegenin meteorolojisinin gerçekten küresel bir görünümünü elde ediyoruz” diyor.

Çalışmanın ortak yazarları arasında MIT, Johns Hopkins Üniversitesi, Caltech ve diğer kurumlardan ortak çalışanlar yer alıyor.

Gündüz ve gece

Ekip, NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’ndaki spektroskopik bir kamera kullanarak WASP-121b’yi gözlemledi. Cihaz, bir gezegenden ve yıldızından gelen ışığı gözlemler ve bu ışığı, yoğunlukları gökbilimcilere bir atmosferin sıcaklığı ve bileşimi hakkında ipuçları veren kurucu dalga boylarına ayırır.

Spektroskopik çalışmalar sayesinde bilim adamları, birçok ötegezegenin gündüz taraflarında atmosferik detayları gözlemlediler. Ancak aynısını gece tarafı için yapmak çok daha zor, çünkü gezegenin yıldızının çevresinde dönerken tüm tayfındaki küçük değişiklikleri izlemeyi gerektiriyor.

Yeni çalışma için ekip, WASP-121b’yi biri 2018’de, diğeri 2019’da olmak üzere iki tam yörünge boyunca gözlemledi. Her iki gözlem için de araştırmacılar, varlığı gösteren belirli bir çizgi veya spektral özellik için ışık verilerini incelediler. su buharı.

Mikal-Evans, “Bu su özelliğini gördük ve gezegenin yörüngesinin farklı yerlerinde nasıl değiştiğini haritaladık” diyor. “Bu, gezegenin atmosferinin sıcaklığının irtifa fonksiyonu olarak ne yaptığı hakkında bilgiyi kodlar.”

Değişen su özelliği, ekibin hem gündüz hem de gece tarafının sıcaklık profilini haritalandırmasına yardımcı oldu. Gözlemlenebilir en derin katmanında 2.500 Kelvin’den en üst katmanlarında 3.500 Kelvin’e kadar gün kenarı aralığını buldular. Gece tarafı, en derin katmanında 1.800 Kelvin’den üst atmosferinde 1.500 Kelvin’e kadar değişiyordu. İlginç bir şekilde, sıcaklık profilleri flip-flop gibi göründü, gündüz irtifa ile yükseldi – meteorolojik terimlerle bir “termal inversiyon” – ve gece tarafında irtifa ile düşüyor.

Araştırmacılar daha sonra, belirli rakımlar ve sıcaklıklar göz önüne alındığında, gezegenin atmosferinde bulunması muhtemel kimyasalları belirlemek için sıcaklık haritalarını çeşitli modellerden geçirdiler. Bu modelleme, gece tarafında demir, korindon ve titanyum gibi metal bulutların potansiyelini ortaya çıkardı.

Ekip, sıcaklık haritalamalarından, gezegenin en sıcak bölgesinin, yıldızın hemen altındaki “yıldız altı” bölgesinin doğusuna kaydığını da gözlemledi. Bu kaymanın aşırı rüzgarlardan kaynaklandığı sonucuna vardılar.

Mikal-Evans, “Gaz, yıldız altı noktasında ısınıyor, ancak uzaya yeniden yayılmadan önce doğuya doğru esiyor” diye açıklıyor.

Ekip, kaymanın boyutundan rüzgar hızlarının saniyede yaklaşık 5 kilometre olduğunu tahmin ediyor.

NASA’nın MIT liderliğindeki görevi olan TESS’i kullanarak gezegendeki önceki çalışmalara liderlik eden Daylan, “Bu rüzgarlar bizim jet akımımızdan çok daha hızlı ve muhtemelen yaklaşık 20 saat içinde bulutları tüm gezegende hareket ettirebilir” diyor.

Gökbilimciler, bu yıl içinde WASP-121b’yi gözlemlemek için James Webb Uzay Teleskobu’nda zaman ayırdılar ve bilim adamlarının atmosferde bulunması gerektiğinden şüphelendiği sadece su buharı değil, aynı zamanda karbon monoksitteki değişiklikleri de haritalamayı umuyorlar.

Mikal-Evans, “Bu, gezegenin atmosferinde karbon taşıyan bir molekülü ilk kez ölçebildiğimiz zaman olurdu” diyor. “Atmosferdeki karbon ve oksijen miktarı, bu tür gezegenlerin nerede oluştuğuna dair ipuçları sağlıyor.”