Astronomi nudijo "vodnik na terenu" za eksoplanete, znane kot vroče Jupitre

Vroči Jupitri – velikanski plinasti planeti, ki dirkajo okoli svojih zvezd gostiteljev v izjemno tesnih orbitah – so postali nekoliko manj skrivnostni zaradi nove študije, ki združuje teoretično modeliranje z opazovanji vesoljskega teleskopa Hubble.

Medtem ko so se prejšnje študije večinoma osredotočale na posamezne svetove, razvrščene kot"vroči Jupiter" zaradi njihove površne podobnosti s plinskim velikanom v našem lastnem sončnem sistemu je nova študija prva, ki obravnava širšo populacijo čudnih svetov. Objavljeno vAstronomija narave, študija, ki jo je vodil raziskovalec Univerze v Arizoni, ponuja astronomom neprimerljiv"terenski vodnik" do vročih Jupitrov in ponuja vpogled v nastanek planetov na splošno.

Čeprav astronomi menijo, da le približno 1 od 10 zvezd gosti eksoplanet v vročem Jupitrovem razredu, čudni planeti sestavljajo precejšen del do sedaj odkritih eksoplanetov, saj so večji in svetlejši od drugih vrst eksoplanetov, npr. kot kamniti, bolj Zemlji podobni planeti ali manjši, hladnejši plinasti planeti. Vsi vroči Jupitri, ki segajo od približno ene tretjine velikosti Jupitra do 10 Jupitrovih mas, krožijo okoli svoje zvezde gostiteljice na izjemno blizu, običajno veliko bližje kot je Soncu Merkur, najbolj notranji planet v našem sončnem sistemu. A"leto" na tipičnem vročem Jupitru traja ure ali največ nekaj dni. Za primerjavo, Merkur potrebuje skoraj tri mesece, da opravi pot okoli sonca.

Zaradi svojih tesnih orbit se domneva, da je večina, če ne vsi, vročih Jupiterjev zaprta v hitri objem z zvezdami gostitelji, pri čemer je ena stran večno izpostavljena sevanju zvezde', druga pa zavita v večni temi. Površina tipičnega vročega Jupitra se lahko segreje do skoraj 5000 stopinj Fahrenheita, z"hladnejšim" vzorci, ki dosežejo 1400 stopinj - dovolj vroči, da stopijo aluminij.

Raziskava, ki jo je vodila Megan Mansfield, štipendist NASA Sagan na Steward observatoriju Univerze v Arizoni', je uporabila opazovanja, opravljena z vesoljskim teleskopom Hubble, ki je ekipi omogočila neposredno merjenje emisijskih spektrov iz vročih Jupitrov, kljub dejstvu, da Hubble ne more'neposredno slikati nobenega od teh planetov.

& quot;Ti sistemi, te zvezde in njihovi vroči Jupitri, so predaleč, da bi razrešili posamezno zvezdo in njen planet," je rekel Mansfield."Vse, kar lahko vidimo, je točka -- kombinirani svetlobni vir obeh."

Mansfieldova in njena ekipa sta uporabili metodo, znano kot sekundarni mrk, da bi pridobili informacije iz opazovanj, ki jim je omogočila, da so pokukali globoko v planete' atmosfere in pridobijo vpogled v njihovo strukturo in kemično sestavo. Tehnika vključuje ponavljajoča se opazovanja istega sistema, pri čemer planet ujamejo na različnih mestih v njegovi orbiti, tudi ko pade za zvezdo.

& quot;V bistvu merimo kombinirano svetlobo, ki prihaja iz zvezde in njenega planeta in to meritev primerjamo s tem, kar vidimo, ko je planet skrit za svojo zvezdo," je rekel Mansfield."To nam omogoča, da odštejemo prispevek zvezde' in izoliramo svetlobo, ki jo oddaja planet, čeprav je' ne vidimo neposredno."

Podatki o mrkih so raziskovalcem omogočili vpogled v toplotno strukturo atmosfere vročih Jupitrov in jim omogočili, da so za vsakega izdelali posamezne profile temperatur in tlakov. Ekipa je nato analizirala skoraj infrardečo svetlobo, ki je pas valovnih dolžin tik izven območja, ki ga ljudje lahko vidijo, in prihaja iz vsakega vročega Jupitrovega sistema za tako imenovane absorpcijske funkcije. Ker ima vsaka molekula ali atom svoj specifični absorpcijski profil, kot je prstni odtis, gledanje na različne valovne dolžine omogoča raziskovalcem, da pridobijo informacije o kemični sestavi vročih Jupitrov. Na primer, če je voda prisotna v atmosferi planeta', bo absorbirala svetlobo pri 1,4 mikrona, kar spada v območje valovnih dolžin, ki jih Hubble lahko zelo dobro vidi.

& quot;Na nek način uporabljamo molekule za pregledovanje atmosfer na teh vročih Jupiterjih," je rekel Mansfield."Sspekter, ki ga opazujemo, lahko uporabimo, da dobimo informacije o tem, iz česa je ozračje sestavljeno, lahko pa dobimo tudi informacije o tem, kakšna je struktura ozračja."

Ekipa je šla še korak dlje, ko je kvantificirala podatke opazovanj in jih primerjala z modeli fizičnih procesov, za katere se domneva, da delujejo v ozračju vročih Jupitrov. Oba niza sta se zelo dobro ujemala, kar potrjuje, da veliko napovedi o planetih' Narava, ki temelji na teoretičnem delu, se zdi pravilna, meni Mansfield, ki je dejal, da so ugotovitve&vznemirljive, ker so bile vse prej kot zagotovljene."

Rezultati kažejo, da bodo vsi vroči Jupitri, ne le 19 vključenih v študijo, verjetno vsebovali podobne sklope molekul, kot sta voda in ogljikov monoksid, skupaj z manjšimi količinami drugih molekul. Razlike med posameznimi planeti naj bi večinoma pomenile različne relativne količine teh molekul. Ugotovitve so tudi pokazale, da so se opazovane značilnosti absorpcije vode nekoliko razlikovale od enega vročega Jupitra do drugega.

& quot;Naši rezultati nam skupaj povedo, da obstaja velika verjetnost, da bomo ugotovili, kaj se dogaja v kemiji teh planetov," je rekel Mansfield."Hkrati ima vsak planet svojo kemično sestavo in to vpliva tudi na to, kar vidimo v naših opazovanjih."

Po mnenju avtorjev je mogoče rezultate uporabiti za usmerjanje pričakovanj o tem, kaj bi astronomi lahko videli ob pogledu na vroč Jupiter, ki še ni bil' Izstrelitev vodilnega teleskopa NASA', vesoljski teleskop James Webb, ki je predvidena za 18. december, je navdušene lovce na eksoplanete, saj lahko Webb vidi v veliko širšem razponu infrardeče svetlobe in bo omogočil veliko več podroben pogled na eksoplanete, vključno z vročimi Jupitri.

& quot;Še vedno veliko ne vemo' o tem, kako se planeti na splošno oblikujejo, in eden od načinov, kako poskušamo razumeti, kako bi se to lahko zgodilo, je gledanje atmosfere teh vročih Jupiterji in ugotavljanje, kako so prišli tam, kjer so," je rekel Mansfield."S Hubblovimi podatki lahko gledamo na trende s preučevanjem absorpcije vode, ko pa govorimo o sestavi ozračja kot celote, obstaja veliko drugih pomembnih molekul, ki jih želite pogledati, kot je npr. ogljikov monoksid in ogljikov dioksid, JWST pa nam bo dal priložnost, da jih tudi dejansko opazujemo."