Команда астрономів, включаючи професора Макгілла Ніколаса Коуена, розгадала загадкову атмосферу екзопланети HAT-P-18 b, проливаючи світло на її інтригуючу суміш газів, хмар і навіть наслідки активності її зірки.
Екзопланети, планети, розташовані за межами нашої Сонячної системи, захоплюють як вчених, так і громадськість, обіцяючи розкрити різноманітні планетарні системи та потенційно придатні для життя світи. Незважаючи на те, що вони дуже не схожі на нашу Землю, великі газові планети-гіганти, знайдені дуже близько до своїх зірок, виявилися ідеальними тестовими цілями для таких телескопів, як космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), щоб удосконалити методи астрономів щодо розуміння екзопланет.
Однією з таких планет є HAT-P-18 b, планета типу «гарячий Сатурн», розташована на відстані понад 500 світлових років від нас, має масу, подібну до маси Сатурна, але розміром ближчий до більшого Юпітера. Це надає екзопланеті роздуту атмосферу, яка особливо ідеальна для аналізу.
На чолі з дослідниками з Інституту дослідження екзопланет Тротьє при Університеті Макгілла та Університеті Монреаля (UdeM) команда астрономів використала потужність революційного телескопа Вебба для дослідження HAT-P-18 b. Їхні висновки, докладно описані в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), дають вичерпний портрет гарячої атмосфери Сатурна, заглиблюючись у складність розрізнення атмосферних сигналів від зоряної активності.
«Космічний телескоп Джеймса Вебба забезпечує настільки точні спостереження екзопланет, що ми обмежені нашим розумінням їхніх зірок. На щастя, ті самі дані, особливо з канадським інструментом NIRISS, дозволяють нам вимірювати, що робить зірка під час наші спостереження та виправити їх, щоб ми могли точно визначити, що знаходиться в атмосферах цих планет», – сказав Ніколас Коуен, професор кафедри наук про Землю та планети Університету Макгілла.
Проходячи над плямистою зіркою
Спостереження за допомогою телескопа Webb проводилися, коли екзопланета HAT-P-18 b проходила перед своєю сонцеподібною зіркою. Цей момент називається транзитом і має вирішальне значення для виявлення та подальшої характеристики екзопланети на відстані сотень світлових років із дивовижною точністю. Астрономи не спостерігають світло, яке випромінює безпосередньо віддалена планета. Швидше, вони вивчають, як світло центральної зірки блокується та впливає на планету, що обертається навколо неї.
Таким чином, мисливці за екзопланетами повинні впоратися з проблемою розмежування сигналів, викликаних присутністю планети, і сигналів, викликаних властивостями зірки. Як і наше Сонце, зірки не мають однорідної поверхні.
Вони можуть мати темні зоряні плями та яскраві області, створюючи сигнали, які імітують атмосферні атрибути планети. Недавнє дослідження екзопланети TRAPPIST-1 b та її зірки TRAPPIST-1 під керівництвом Ph.D. UdeM. студентка Олівія Лім стала свідком виверження або спалаху на поверхні зірки, що вплинуло на їхні спостереження.
У випадку планети HAT-P-18 b Вебб зловив екзопланету прямо під час проходження над темною плямою на своїй зірці HAT-P-18. Це називається точковою подією, і її ефект був очевидним у даних, зібраних для дослідження. Команда також повідомила про наявність багатьох інших зіркових плям на поверхні HAT-P-18 b, які не були заблоковані екзопланетою.
Щоб точно визначити атмосферний склад екзопланети, дослідники вирішили, що необхідно одночасно змоделювати атмосферу планети, а також особливості зірки. Вони заявляють, що такий розгляд матиме вирішальне значення при обробці майбутніх спостережень за екзопланетами з JWST, щоб повністю використати їхній потенціал.
H2O, CO2 і хмари в палючій атмосфері
Після ретельного моделювання як екзопланети, так і зірки в системі HAT-P-18 команда астрономів виконала ретельний аналіз складу атмосфери HAT-P-18 b.
Досліджуючи світло, яке проходить крізь атмосферу екзопланети під час її проходження через зірку-господар, дослідники виявили наявність водяної пари (H2O) і вуглекислого газу (CO2). Дослідники також виявили можливу присутність натрію.
Інтригу до знахідок додає те, що команда помітила сильні ознаки хмарної палуби в атмосфері HAT-P-18 b, яка, здається, приглушує сигнали багатьох своїх молекул. Вони також прийшли до висновку, що поверхня зірки вкрита багатьма темними плямами, які можуть істотно вплинути на інтерпретацію даних.
Попередній аналіз тих самих даних JWST під керівництвом команди з Університету Джонса Хопкінса також виявив чітке виявлення води та CO 2 , але також повідомив про виявлення дрібних частинок на великій висоті, які називаються туманами, і виявив натяки на метан (CH4). .
Робота астрономів Університету Монреаля, яка вперше враховувала характеристики поверхні зірок разом з атмосферою планети, показала іншу картину. Виявлення CH4 не було підтверджено, а кількість води, яку вони визначили, була в десять разів нижчою, ніж було знайдено раніше.
Вони також виявили, що виявлення туманів у попередньому дослідженні могло бути викликано зірковими плямами на поверхні зірки, підкреслюючи важливість урахування зірки в аналізі.
Хоча такі молекули, як вода, вуглекислий газ і метан, можна інтерпретувати як біосигнали, або ознаки життя, у певних співвідношеннях або в поєднанні з іншими молекулами, палючі температури HAT-P-18 b, близькі до 600 градусів за Цельсієм, не віщують нічого доброго. придатність для життя планети.
Дані, використані з JWST у цьому дослідженні, були зібрані канадським інструментом NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), який надав астрономам безпрецедентну можливість відрізняти багато атмосферних характеристик HAT-P-18 b від одного. інший.
Результати показують, що спостереження, зроблені у далекому видимому та ближньому інфрачервоному діапазоні в діапазоні довжин хвиль приладу NIRISS, є важливими для роз’єднання сигналів від планетарної атмосфери та зірки. Майбутні спостереження за допомогою іншого приладу JWST, спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec), допоможуть уточнити результати команди, такі як виявлення CO2, і проллють ще більше світла на тонкощі цієї гарячої екзопланети Сатурна.