By Космічний телескоп Джеймса Вебба спостерігав за екзопланетою WASP-80 b, коли вона проходила перед і позаду своєї головної зірки, виявивши спектри, що вказують на атмосферу, що містить газ метан і водяну пару. Хоча водяну пару на сьогодні було виявлено на більш ніж дюжині планет, донедавна метан — молекула, яка у великій кількості міститься в атмосферах Юпітера, Сатурна, Урана та Нептуна в нашій Сонячній системі — залишався невловимим в атмосферах транзитних екзопланет. при дослідженні за допомогою космічної спектроскопії.
Тейлор Белл з Інституту досліджень навколишнього середовища Bay Area (BAERI), який працює в Дослідницькому центрі Еймса NASA в Кремнієвій долині Каліфорнії, та Луїс Велбенкс з Університету штату Арізона розповідають нам більше про значення виявлення метану в атмосферах екзопланет і обговорюють, як спостереження Вебба сприяли ідентифікація цієї давно шуканої молекули. Ці висновки були нещодавно опубліковані в Nature.
«З температурою близько 825 Кельвінів (приблизно 1025 градусів за Фаренгейтом) WASP-80 b — це те, що вчені називають «теплим Юпітером», це планети, подібні за розміром і масою до планети Юпітер у нашій Сонячній системі, але мають температура, яка знаходиться між температурою гарячих Юпітерів, таких як 1450 K (2150 F) HD 209458 b (перша відкрита транзитна екзопланета), і холодних Юпітерів, таких як наш власний, який становить близько 125 K (235 F).
«WASP-80 b обертається навколо своєї червоної карликової зірки один раз на три дні і знаходиться на відстані 163 світлових років від нас у сузір’ї Орла. Оскільки планета знаходиться так близько до своєї зірки, і обидві так далеко від нас, ми можемо Не можна побачити планету безпосередньо за допомогою навіть найсучасніших телескопів, таких як Webb. Натомість дослідники вивчають комбіноване світло від зірки та планети за допомогою методу транзиту ( який використовувався для виявлення більшості відомих екзопланет) і методу затемнення».
«Використовуючи транзитний метод, ми спостерігали за системою, коли планета рухалася перед своєю зіркою з нашої точки зору, в результаті чого світло зірок, яке ми бачили, трохи тьмяніло. Це схоже на те, коли хтось проходить перед лампою, і світло тьмяніє.»
«Протягом цього часу тонке кільце атмосфери планети навколо межі дня і ночі освітлюється зіркою, і при певних кольорах світла, де молекули в атмосфері планети поглинають світло, атмосфера виглядає густішою і блокує більше зоряного світла. , спричиняючи глибше затемнення порівняно з іншими довжинами хвиль, де атмосфера здається прозорою. Цей метод допомагає вченим, таким як ми, зрозуміти, з чого складається атмосфера планети, бачачи, які кольори світла блокуються».
«Тим часом використовуючи метод затемнення, ми спостерігали за системою, коли планета проходила позаду своєї зірки з нашої перспективи, викликаючи ще один невеликий провал у загальному освітленні, яке ми отримали. Усі об’єкти випромінюють певну кількість світла, яке називається тепловим випромінюванням, з інтенсивністю та кольором випромінюване світло залежить від того, наскільки гарячий об’єкт».
«Незадовго до і після затемнення жаркий денний бік планети спрямований до нас, і, вимірявши падіння світла під час затемнення, ми змогли виміряти інфрачервоне світло, випромінюване планетою. Для спектрів затемнень поглинання молекулами в атмосфері планети зазвичай виглядає як зменшення випромінюваного планетою світла на певних довжинах хвиль. Крім того, оскільки планета набагато менша та холодніша за свою головну зірку, глибина затемнення набагато менша за глибину проходження».
«Початкові спостереження, які ми зробили, потрібно було перетворити на те, що ми називаємо спектром; це, по суті, вимірювання, яке показує, скільки світла або блокується, або випромінюється атмосферою планети при різних кольорах (або довжинах хвиль). Існує багато різних інструментів, щоб перетворити необроблені спостереження в корисні спектри, тому ми використали два різні підходи, щоб переконатися, що наші висновки надійні до різних припущень».
«Далі ми інтерпретували цей спектр, використовуючи два типи моделей, щоб змоделювати, як виглядала б атмосфера планети за таких екстремальних умов. Перший тип моделі є абсолютно гнучким, намагаючись знайти мільйони комбінацій вмісту метану, води та температур. комбінація, яка найкраще відповідає нашим даним. Другий тип, який називається «самоузгодженими моделями», також досліджує мільйони комбінацій, але використовує наші наявні знання фізики та хімії, щоб визначити рівні метану та води, які можна очікувати».
«Обидва типи моделей прийшли до одного висновку: остаточне виявлення метану».
«Щоб перевірити наші висновки, ми використали надійні статистичні методи для оцінки ймовірності того, що наше виявлення є випадковим шумом. У нашій галузі ми вважаємо «золотим стандартом» так зване «5-сигма виявлення», що означає шанси виявлення викликаний випадковим шумом, становить 1 на 1,7 млн. Тим часом ми виявили метан на 6,1 сигми як у спектрі проходження, так і в спектрі затемнення, що встановлює ймовірність помилкового виявлення в кожному спостереженні на рівні 1 на 942 мільйони, перевищуючи 5 сигма «золотий стандарт» і зміцнення нашої впевненості в обох виявленнях».
«Завдяки такому впевненому виявленню ми не тільки знайшли дуже невловиму молекулу, але тепер ми можемо почати досліджувати, що цей хімічний склад говорить нам про народження, зростання та еволюцію планети. Наприклад, вимірявши кількість метану та води на планеті ми можемо зробити висновок про співвідношення атомів вуглецю та атомів кисню».
«Очікується, що це співвідношення змінюватиметься залежно від того, де і коли утворюються планети в їхній системі. Таким чином, вивчення цього співвідношення вуглецю та кисню може дати підказки щодо того, чи планета сформувалася близько до своєї зірки чи далі перед тим, як поступово рухатися всередину».
«Ще одна річ, яка надихає нас у зв’язку з цим відкриттям, — це можливість нарешті порівняти планети за межами нашої Сонячної системи з планетами в ній. NASA має історію відправки космічних кораблів до газових гігантів нашої Сонячної системи для вимірювання кількості метану та інших Тепер, маючи вимірювання того самого газу на екзопланеті, ми можемо почати порівнювати «яблука з яблуками» та побачити, чи відповідають очікування від Сонячної системи тому, що ми бачимо за її межами.»
«Зрештою, коли ми дивимося на майбутні відкриття з Веббом, цей результат показує нам, що ми знаходимося на порозі більш захоплюючих відкриттів. Додаткові спостереження MIRI та NIRCam за WASP-80 b з Веббом дозволять нам досліджувати властивості атмосфери в різні довжини хвилі світла. Наші знахідки приводять нас до думки, що ми зможемо спостерігати інші молекули, багаті вуглецем, такі як оксид вуглецю та вуглекислий газ, що дозволить нам намалювати більш повну картину умов в атмосфері цієї планети».
«Крім того, оскільки ми знаходимо метан та інші гази на екзопланетах, ми продовжуватимемо розширювати наші знання про те, як хімія та фізика працюють в умовах, відмінних від тих, які ми маємо на Землі, і, можливо, незабаром, на інших планетах, які нагадують нам те, що ми маємо. тут, удома. Ясно одне — подорож до відкриттів із космічним телескопом Джеймса Вебба сповнена потенційних сюрпризів».
Comments