Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βρίσκει νερό και μεθάνιο στην ατμόσφαιρα ενός «θερμού Δία»

By | November 25, 2023

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ανακάλυψε μεθάνιο και υδρατμούς στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη που μοιάζει με τον Δία και βρίσκεται περίπου 163 έτη φωτός μακριά.

Οι αστρονόμοι έκαναν την ανακάλυψη χρησιμοποιώντας αυτό το ισχυρό υπέρυθρο διαστημικό τηλεσκόπιο για να δουν τον εξωηλιακό πλανήτη ή “εξωπλανήτης«Το WASP-80 b περνά από την επιφάνεια του ερυθρού νάνου αστέρα του, το οποίο περιφέρεται περίπου μία φορά κάθε τρεις γήινες ημέρες.

Μέχρι στιγμής, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει υδρατμούς στις ατμόσφαιρες περίπου δώδεκα πλανητών, αλλά η ανίχνευση μεθανίου – αν και είναι συνηθισμένη στις ατμόσφαιρες των κόσμων του ηλιακού συστήματος όπως ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας – με τη χρήση διαστημικής φασματοσκοπίας είναι πολύ μεγαλύτερη σπάνιος. Η ομάδα, η οποία περιλαμβάνει τους επιστήμονες Luis Welbanks και Michael Line από το School of Earth and Space Exploration στο State University της Αριζόνα και τον ερευνητή Taylor Bell από το Bay Area Environmental Research Institute (BAERI), το έχει επιτύχει τώρα με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.

«Αυτή ήταν η πρώτη φορά που είδαμε με τα μάτια μας ένα τόσο προφανές φασματικό χαρακτηριστικό μεθανίου σε ένα διερχόμενο φάσμα εξωπλανητών, όχι πολύ ανόμοιο με αυτό που μπορούσε να δει κανείς στα φάσματα των γιγάντιων πλανητών του ηλιακού συστήματος πριν από μισό αιώνα», λέει ο Welbanks. είπε σε δήλωση.

Για να είμαστε σαφείς, δεν είναι η πρώτη φορά που το JWST ανιχνεύει ατμοσφαιρικό μεθάνιο. Για παράδειγμα, το παρατηρητήριο ανακάλυψε τέτοια μόρια γύρω από τον εξωπλανήτη K12-18b νωρίτερα φέτος.

Σχετίζεται με: Το τηλεσκόπιο Hubble εξετάζει τον κοντινό εξωπλανήτη και διαπιστώνει ότι έχει μέγεθος της Γης

Μια βελόνα σε μια κοσμική θημωνιά

Το WASP-80 b έχει ταξινομηθεί ως «θερμός Δίας» επειδή δεν είναι τόσο κοντά στο μητρικό του άστρο όσο οι λεγόμενοι θερμοί Δίας, αλλά ακόμα πιο κοντά από τους λεγόμενους ψυχρούς Δίας. Ο αρχικός Δίας, ο μεγαλύτερος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα και ο γίγαντας αερίων που δίνει το όνομά του σε αυτήν την κατηγορία πλανητών, είναι τεχνικά ένας «κρύος Δίας».

Λόγω αυτής της σχετικής εγγύτητας, η διάκριση του WASP-80 b από τον κόκκινο νάνο αστέρα του δεν είναι εύκολη υπόθεση. Στην πραγματικότητα, είναι ακόμη και οι δυνατότητες του JWST 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Αυτό ισοδυναμεί με την ανίχνευση μιας ανθρώπινης τρίχας από απόσταση 14,5 χιλιομέτρων.

Ευτυχώς, οι αστρονόμοι έχουν έναν τρόπο να αντιμετωπίσουν την πρόκληση. Ουσιαστικά περιμένουν το WASP-80 b να περάσει από την όψη του κόκκινου νάνου στον οποίο περιφέρεται και μετά παρατηρούν ένα συλλογικό φάσμα που σχετίζεται με τον πλανήτη.

Επειδή τα χημικά στοιχεία και τα μόρια απορροφούν φως σε χαρακτηριστικά μήκη κύματος, κοιτάζοντας τα συνδυασμένα φάσματα και συγκρίνοντάς τα με τα μεμονωμένα φάσματα του άστρου αποκαλύπτονται χαρακτηριστικά δακτυλικά αποτυπώματα συγκεκριμένων μορίων στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη.

«Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διέλευσης, παρατηρήσαμε το σύστημα καθώς ο πλανήτης κινούνταν μπροστά από το άστρο του από τη δική μας οπτική γωνία, με αποτέλεσμα το φως των αστεριών που βλέπουμε να χαμηλώνει ελαφρά. Είναι σαν κάποιος να περπατά δίπλα σε μια λάμπα και το φως να χαμηλώνει», είπε ο Welbanks.

«Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου», συνέχισε ο Welbanks, «ένας λεπτός δακτύλιος της ατμόσφαιρας του πλανήτη γύρω από το όριο ημέρας/νύχτας του πλανήτη φωτίζεται από το αστέρι και σε ορισμένα χρώματα φωτός, όπου τα μόρια στην ατμόσφαιρα του πλανήτη απορροφούν φως, αυτό είναι η ατμόσφαιρα μοιάζει πιο παχιά και εμποδίζει το φως των αστεριών, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη εξασθένηση σε σύγκριση με άλλα μήκη κύματος όπου η ατμόσφαιρα φαίνεται διαφανής.

«Αυτή η μέθοδος βοηθά επιστήμονες σαν εμάς να καταλάβουν από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα του πλανήτη βλέποντας ποια χρώματα του φωτός μπλοκάρονται», εξήγησε ο ερευνητής.

Όμως η ομάδα δεν σταμάτησε εκεί. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν επίσης μια διαφορετική μέθοδο για να μετρήσουν την ατμόσφαιρα του WASP-80 b.

Ένα διάγραμμα που δείχνει τα ατμοσφαιρικά φάσματα του WASP-80 b

Ένα διάγραμμα που δείχνει τα ατμοσφαιρικά φάσματα του WASP-80 b

Ζεσταίνεις… ενώ κυνηγάς το μεθάνιο

Όπως όλοι οι πλανήτες, ο WASP-80 b εκπέμπει μέρος του φωτός του με τη μορφή θερμικής ακτινοβολίας. Τόσο η κατηγορία μήκους κύματος όσο και η ένταση αυτού του φωτός εξαρτώνται από τη θερμοκρασία του πλανήτη.

Αυτή η εγγύτητα του WASP-80 b με το άστρο του δίνει στον πλανήτη μια θερμοκρασία επιφάνειας 1.025 βαθμών Φαρενάιτ (552 βαθμούς Κελσίου). Αυτό συγκρίνεται με τις τυπικές θερμές θερμοκρασίες του Δία των 2.150 βαθμών Φαρενάιτ (1.177 βαθμούς Κελσίου) και τις θετικά χαμηλές θερμοκρασίες του Δία μας μείον 235 βαθμούς Φαρενάιτ (-148 βαθμοί Κελσίου).

Οι θερμοί και ζεστοί Δίας είναι επίσης παλιρροιακά κλειδωμένοι στα άστρα τους, που σημαίνει ότι έχουν θερμότερες μόνιμες «ημέρες» που δείχνουν πάντα προς το αστέρι και μόνιμες πιο δροσερές «νύχτες» που πάντα βλέπουν στο διάστημα.

Λίγο πριν το WASP-80 b εκλείψει το αστέρι του, η ημέρα του είναι στραμμένη προς τη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι η μέτρηση μιας βουτιάς στο φως του αστεριού κατά τη διάρκεια της έκλειψης θα αποκαλύψει το υπέρυθρο φως που προέρχεται από τον πλανήτη λόγω των θερμικών εκπομπών του. Αυτό δίνει στους αστρονόμους «φάσματα έκλειψης» με μοτίβα απορρόφησης φωτός που σχετίζονται με μόρια στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Κατά μία έννοια, αυτά τα μοτίβα εμφανίζονται ως μείωση του φωτός που εκπέμπεται από τον πλανήτη σε ορισμένα μήκη κύματος.

Το καλύτερο και από τους δύο κόσμους

Συνδυάζοντας τα δεδομένα της έκλειψης και της διέλευσης, η ομάδα μπόρεσε να δει πόσο φως σε διαφορετικά μήκη κύματος μπλοκάρεται και εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα του WASP-80 b. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δύο διαφορετικά μοντέλα για να προσομοιώσουν πώς θα ήταν η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη όπως ο WASP-80 b κάτω από τις ακραίες συνθήκες ενός θερμού Δία.

Ένα μοντέλο ήταν αυστηρό και έλαβε υπόψη την υπάρχουσα φυσική και χημεία για να καθορίσει τις ποσότητες μεθανίου και νερού που θα αναμένονταν σε έναν τέτοιο κόσμο. Το άλλο μοντέλο ήταν πιο ευέλικτο, δοκιμάζοντας εκατομμύρια διαφορετικούς συνδυασμούς ποσοτήτων και θερμοκρασιών μεθανίου και νερού για να βρει τη συνταγή που ταιριάζει καλύτερα στα δεδομένα. Η σύγκριση των δεδομένων διέλευσης και έκλειψης και από τα δύο μοντέλα οδήγησε την ομάδα στο ίδιο, σαφές συμπέρασμα.

Είχαν σίγουρα ανιχνεύσει μεθάνιο στην ατμόσφαιρα του WASP-80 b.

«Πριν από το JWST, το μεθάνιο παρέμενε σε μεγάλο βαθμό μη ανιχνευμένο, παρά τις προσδοκίες ότι θα μπορούσε να είχε ανιχνευθεί με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble σε πλανήτες όπου θα έπρεπε να είναι άφθονο», εξήγησε ο Line. «Αυτή η έλλειψη αποδεικτικών στοιχείων οδήγησε σε μια πλημμύρα ιδεών που κυμαίνονται από την εγγενή εξάντληση του άνθρακα στη φωτοχημική καταστροφή του έως την ανάμειξη αερίου βαθιά φτωχού σε μεθάνιο».

Το επόμενο βήμα είναι να εξεταστεί τι μπορεί να πει στους επιστήμονες η χημική σύνθεση του WASP-80 b για τα χαρακτηριστικά, την ιστορία σχηματισμού και την εξέλιξη του εξωπλανήτη από την άποψη της αφθονίας μεθανίου και νερού. Τέτοιες μελέτες θα επέτρεπαν επίσης στην ομάδα να εξάγει συμπεράσματα σχετικά με την αναλογία ατμοσφαιρικού άνθρακα προς οξυγόνο. Αυτή η αναλογία εξαρτάται από το πού ακριβώς σχηματίζεται ένας πλανήτης γύρω από ένα αστέρι. Θα μπορούσε να αποκαλύψει εάν το WASP-80 b σχηματίστηκε εκεί που είναι τώρα ή αν γεννήθηκε πιο έξω πριν μεταναστεύσει στο αστέρι του.

Παρόμοιες αναρτήσεις:

– Η επιφάνεια του εξωπλανήτη μπορεί να καλύπτεται από ωκεανούς, διαπιστώνει το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb

— Μερικοί εξωπλανήτες συρρικνώνονται. Να γιατί

— Το τηλεσκόπιο κυνηγιού εξωπλανητών της NASA ανακαλύπτει 8 «Σούπερ-Γη»

Η ομάδα θα συγκρίνει επίσης τις ατμόσφαιρες των θερμών Δία εκτός του ηλιακού συστήματος με αυτές των πλανητών που περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο, χρησιμοποιώντας δείγματα και δεδομένα που έχουν συλλεχθεί από διαστημικές αποστολές που έχουν ήδη επισκεφτεί τον Δία και τον Κρόνο.

«Το μεθάνιο δεν είναι μόνο ένα σημαντικό αέριο για την παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής σύνθεσης και της χημείας των γιγάντιων πλανητών, αλλά σε συνδυασμό με το οξυγόνο θεωρείται επίσης ότι είναι μια πιθανή υπογραφή της βιολογίας», κατέληξε ο Welbanks. «Ένας από τους κύριους στόχους του Παρατηρητηρίου Habitable Worlds, της επόμενης ναυαρχίδας της NASA μετά το JWST και το Roman, είναι να αναζητήσει αέρια όπως το οξυγόνο και το μεθάνιο σε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη γύρω από αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο».

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 22 Νοεμβρίου στο περιοδικό Φύση.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *