“Sıcak Satürn”ün ve Benekli Yıldızının Sırlarını Çözmek

Gökbilimciler JWST’yi gezegenin atmosferini incelemek için kullandılar. dış gezegen HAT-P-18 b, su buharı ve CO2’yi bulurken, ev sahibi yıldızın özelliklerinin veri analizi üzerindeki etkisini vurguluyor.

Université de Montréal’in Trottier Ötegezegen Araştırma Enstitüsü’nden (iREx) araştırmacıların önderlik ettiği bir gökbilimciler ekibi, “sıcak gezegenleri” incelemek için devrim niteliğindeki James Webb Uzay Webb Teleskobu’nun (JWST) gücünden yararlandı. Satürn” dış gezegen HAT-P-18 b.

Bulguları geçen ay dergide yayınlandı Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık BildirimleriHAT-P-18 b’nin atmosferinin tam bir resmini çizerken, atmosferik sinyallerini yıldızının aktivitesinden ayırmanın büyük zorluğunu keşfedeceksiniz.

HAT-P-18 b, Satürn’ünkine benzer bir kütleye sahip ancak daha büyük gezegene daha yakın bir boyuta sahip, 500 ışıkyılı uzaklıkta yer alıyor Jüpiter. Sonuç olarak ötegezegenin, özellikle analiz için ideal olan “şişirilmiş” bir atmosferi var.

“Sıcak Satürn” dış gezegeni HAT-P-18 b’nin sanatsal bir temsili. Katkıda bulunanlar: NASA/Ötegezegenlerdeki Gözler

Benekli Yıldızın Üzerinden Geçmek

JWST’den gözlemler HAT-P-18 b Güneş benzeri yıldızının önünden geçerken çekildi. Bu ana geçiş adı veriliyor ve yüzlerce ışıkyılı uzaklıktaki bir dış gezegenin şaşırtıcı bir hassasiyetle tespit edilmesi ve daha ayrıntılı olarak karakterize edilmesi için çok önemli.

Gökbilimciler uzak gezegenin doğrudan yaydığı ışığı gözlemlemezler. Daha ziyade, merkezdeki yıldızın ışığının, onun etrafında dönen gezegen tarafından nasıl engellendiğini ve etkilendiğini inceliyorlar ve bu nedenle, gezegenin varlığından kaynaklanan sinyalleri, yıldızın kendi özelliklerinden kaynaklanan sinyallerden ayırmaya çalışmalılar.

Işık eğrisi yıldızın zaman içindeki parlaklığını veya parlaklığını gösterir. Dış gezegen, geçiş olarak bilinen yıldızın üzerinden geçtiğinde, yıldız ışığının bir kısmı dış gezegen tarafından engellenir. Bunun sonucunda yıldızın parlaklığı azalır. Yıldızın yüzeyinde bir yıldız noktası gizlendiğinde veya ötegezegen karanlık noktanın üzerinden geçtiğinde, gökbilimciler ışık eğrisinde, geçiş ışık eğrisinin alt kısmında küçük bir tümsek şeklinde bir sinyal görebilirler. Bu infografikin tam animasyonunu aşağıda görebilirsiniz. Katkıda bulunanlar: B. Gougeon/Université de Montréal

Tıpkı Güneşimiz gibi yıldızların da düzgün yüzeyleri yoktur. Bir gezegenin atmosferik özelliklerini taklit eden sinyaller oluşturabilen karanlık yıldız noktalarına ve parlak bölgelere sahip olabilirler. UdeM doktora öğrencisi Olivia Lim liderliğindeki dış gezegen TRAPPIST-1 b ve onun yıldızı TRAPPIST-1 üzerinde yakın zamanda yapılan bir araştırma, yıldızın yüzeyinde gözlemleri etkileyen bir patlamaya veya parlamaya tanık oldu.

HAT-P-18 b gezegeni örneğinde, Webb dış gezegeni, yıldızı HAT-P-18’deki karanlık bir noktanın üzerinden geçerken yakaladı. Buna nokta geçiş olayı deniyor ve etkisi yeni çalışma için toplanan verilerde açıkça görülüyor. iREx ekibi ayrıca HAT-P-18’in yüzeyinde ötegezegen tarafından engellenmeyen çok sayıda başka yıldız noktasının varlığını da bildirdi.

Ötegezegenin atmosferik bileşimini doğru bir şekilde belirlemek için araştırmacıların, yıldızın özelliklerinin yanı sıra gezegenin atmosferini de eş zamanlı olarak modellemesi gerekiyordu. Çalışmalarında, potansiyellerini tam olarak kullanmak için Webb aracılığıyla gelecekteki ötegezegen gözlemlerini ele almada böyle bir değerlendirmenin çok önemli olacağına dikkat çekiyorlar.

Baş yazar Marylou Fournier-Tondreau, “Yıldız kirliliğinin muhasebeleştirilmesinin, pus yerine lekelerin ve bulutların varlığına işaret ettiğini ve su buharı bolluğunun neredeyse bir kat daha düşük düzeyde kurtarıldığını bulduk” dedi.

iREx’te yüksek lisans öğrencisi olarak bu çalışmayı yapan ve şu anda doktorasını sürdüren Fournier-Tondreau, “Dolayısıyla sistemin sunucu yıldızını düşünmek büyük bir fark yaratıyor” diye ekledi. en Oxford Üniversitesi.

“Aslında görünür ışık alanına kadar uzanan daha geniş dalga boyu kapsamı sağlayan Kanada’nın NIRISS (Yakın Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarıksız Spektrograf) cihazı sayesinde, pusların ve yıldız lekelerinin imzasını net bir şekilde ilk kez ayrıştırıyoruz.”

Kavurucu Bir Atmosferde H2O, CO2 ve Bulutlar

HAT-P-18 sisteminde dış gezegeni ve yıldızı modelledikten sonra iREx gökbilimcileri, HAT-P-18 b’nin atmosferik bileşiminin titiz bir incelemesini gerçekleştirdiler. Araştırmacılar, ev sahibi yıldızdan geçerken ötegezegenin atmosferinden süzülen ışığı inceleyerek su buharı (H2O) ve karbondioksitin (CO2) varlığını fark ettiler.

Araştırmacılar ayrıca olası sodyum varlığını da tespit etti ve HAT-P-18 b’nin atmosferinde, içinde bulunan birçok molekülün sinyallerini susturuyor gibi görünen bir bulut tabakasının güçlü işaretlerini gözlemledi. Ayrıca yıldızın yüzeyinin, verilerin yorumlanmasını önemli ölçüde etkileyebilecek birçok karanlık noktayla kaplı olduğu sonucuna vardılar.

Aynı JWST verilerinin Johns Hopkins Üniversitesi’ndeki bir ekip tarafından yürütülen daha önceki bir analizi de su ve CO2’nin net bir şekilde tespit edildiğini ortaya çıkardı, ancak aynı zamanda yüksek irtifalarda pus adı verilen küçük parçacıkların tespit edildiğini ve metan (CH4) ipuçlarının bulunduğunu da bildirdi. iREx gökbilimcileri farklı bir tablo çiziyor.

CH4 tespiti doğrulanmadı ve belirledikleri su miktarı daha önce bulunandan 10 kat daha düşüktü. Ayrıca, önceki çalışmanın bulanıklık tespitinin yıldızın yüzeyindeki yıldız noktalarından kaynaklanabileceğini de buldular ve bu da analizde yıldızın dikkate alınmasının önemini vurguladı.

Dış gezegen yaşamı destekleyebilir mi? Olası değil. Su, karbondioksit ve metan gibi moleküller belirli oranlarda veya diğer moleküllerle kombinasyon halinde biyolojik imza veya yaşam belirtisi olarak yorumlanabilirken, HAT-P-18 b’nin 600 dereceye yakın kavurucu sıcaklığı santigrat gezegenin yaşanabilirliği açısından iyiye işaret değil.

Başka bir JWST cihazı olan Yakın Kızılötesi Spektrograf (NIRSpec) ile yapılacak gelecekteki gözlemler, ekibin CO2 tespiti gibi sonuçlarını iyileştirmeye yardımcı olmayı ve bu sıcak Satürn dış gezegeninin karmaşıklıklarına daha fazla ışık tutmayı vaat ediyor.

Referans: Marylou Fournier-Tondreau, Ryan J MacDonald, Michael Radica, David Lafreniére, Luis Welbanks, Caroline Piaulet tarafından “NIRISS ile HAT-P-18 b’nin Yakın Kızılötesi İletim Spektroskopisi: JWST Çağında Gezegensel ve Yıldızsal Özelliklerin Çözülmesi” , Louis-Philippe Coulombe, Romain Allart, Kim Morel, Étienne Artigau, Loíc Albert, Olivia Lim, René Doyon, Björn Benneke, Jason F Rowe, Antoine Darveau-Bernier, Nicolas B Cowan, Nikole K Lewis, Neil James Cook, Laura Flagg , Frédéric Genest, Stefan Pelletier, Doug Johnstone, Lisa Dang, Lisa Kaltenegger, Jake Taylor ve Jake D Turner, 09 Aralık 2023, Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stad3813