Astronómovia poskytujú „poľného sprievodcu“ exoplanétam známym ako horúce Jupitery

Horúce Jupitery – obrie plynné planéty, ktoré obiehajú okolo svojich hostiteľských hviezd na extrémne tesných dráhach – sa stali o niečo menej tajomnými vďaka novej štúdii kombinujúcej teoretické modelovanie s pozorovaniami Hubbleovho vesmírneho teleskopu.

Zatiaľ čo predchádzajúce štúdie sa väčšinou zameriavali na jednotlivé svety klasifikované ako"horúce Jupitery" vďaka ich povrchnej podobnosti s plynným obrom v našej vlastnej slnečnej sústave je nová štúdia prvou, ktorá sa zaoberá širšou populáciou zvláštnych svetov. Vydaný vPrírodná astronómiaŠtúdia vedená výskumníkom z University of Arizona poskytuje astronómom bezprecedentného"poľného sprievodcu" k horúcim Jupiterom a ponúka pohľad na formovanie planét vo všeobecnosti.

Aj keď si astronómovia myslia, že len asi 1 z 10 hviezd hostí exoplanétu v triede horúcich Jupiterov, tieto zvláštne planéty tvoria veľkú časť doteraz objavených exoplanét, pretože sú väčšie a jasnejšie ako iné typy exoplanét, napr. ako skalnaté planéty viac podobné Zemi alebo menšie, chladnejšie plynné planéty. Všetky horúce Jupitery s veľkosťou od približne jednej tretiny veľkosti Jupitera do 10 hmotností Jupitera obiehajú okolo svojej hostiteľskej hviezdy v extrémne malej vzdialenosti, zvyčajne oveľa bližšie ako Merkúr, najvnútornejšia planéta našej slnečnej sústavy, k Slnku. A"rok" na typickom horúcom Jupiteri trvá hodiny alebo nanajvýš niekoľko dní. Pre porovnanie, Merkúru trvá cesta okolo Slnka takmer tri mesiace.

Pre svoje blízke obežné dráhy sa predpokladá, že väčšina, ak nie všetky, horúcich Jupiterov je uzavretá vo vysokorýchlostnom objatí so svojimi hostiteľskými hviezdami, pričom jedna strana je večne vystavená žiareniu hviezdy' a druhá je zahalená. vo večnej tme. Povrch typického horúceho Jupitera môže byť horúci až takmer 5 000 stupňov Fahrenheita, pričom"chladnejšie" vzorky dosahujúce 1400 stupňov -- dostatočne horúce na roztavenie hliníka.

Výskum, ktorý viedla Megan Mansfieldová, členka NASA Sagan na observatóriu Steward Observatory University of Arizona', použila pozorovania uskutočnené pomocou Hubbleovho vesmírneho teleskopu, ktoré umožnili tímu priamo merať emisné spektrá z horúcich Jupiterov. napriek tomu, že Hubbleov teleskop nedokáže zobraziť žiadnu z týchto planét priamo.

& quot;Tieto systémy, tieto hviezdy a ich horúce Jupitery, sú príliš ďaleko na to, aby rozoznali individuálnu hviezdu a jej planétu," povedal Mansfield."Všetko, čo môžeme vidieť, je bod -- kombinovaný svetelný zdroj týchto dvoch."

Mansfield a jej tím použili metódu známu ako sekundárne zatmenie na získanie informácií z pozorovaní, ktoré im umožnili nahliadnuť hlboko do planét' atmosféry a získať prehľad o ich štruktúre a chemickom zložení. Táto technika zahŕňa opakované pozorovania toho istého systému, zachytávanie planéty na rôznych miestach na jej obežnej dráhe, vrátane toho, keď sa ponorí za hviezdu.

& quot;V podstate meriame kombinované svetlo prichádzajúce z hviezdy a jej planéty a porovnávame toto meranie s tým, čo vidíme, keď je planéta skrytá za jej hviezdou," povedal Mansfield."To nám umožňuje odpočítať príspevok hviezdy' a izolovať svetlo vyžarované planétou, aj keď ho' priamo nevidíme."

Údaje o zatmení poskytli výskumníkom pohľad na tepelnú štruktúru atmosfér horúcich Jupiterov a umožnili im zostaviť individuálne profily teplôt a tlakov pre každú z nich. Tím potom analyzoval blízke infračervené svetlo, čo je pásmo vlnových dĺžok tesne za rozsahom, ktorý ľudia môžu vidieť, pochádzajúce z každého horúceho systému Jupitera pre takzvané absorpčné vlastnosti. Pretože každá molekula alebo atóm má svoj vlastný špecifický absorpčný profil, napríklad odtlačok prsta, pohľad na rôzne vlnové dĺžky umožňuje výskumníkom získať informácie o chemickom zložení horúcich Jupiterov. Napríklad, ak je v atmosfére planéty' prítomná voda, bude absorbovať svetlo s hrúbkou 1,4 mikrónu, čo spadá do rozsahu vlnových dĺžok, ktoré Hubble veľmi dobre vidí.

& quot;Svým spôsobom používame molekuly na skenovanie cez atmosféru na týchto horúcich Jupiteroch," povedal Mansfield."Spektrum, ktoré pozorujeme, môžeme použiť na získanie informácií o tom, z čoho sa skladá atmosféra, a tiež môžeme získať informácie o tom, ako vyzerá štruktúra atmosféry."

Tím šiel o krok ďalej kvantifikáciou pozorovacích údajov a ich porovnaním s modelmi fyzikálnych procesov, o ktorých sa predpokladá, že fungujú v atmosfére horúcich Jupiterov. Tieto dva súbory sa veľmi dobre zhodovali, čo potvrdilo, že mnohé predpovede o planétach' povaha založená na teoretickej práci sa zdá byť správna, podľa Mansfielda, ktorý povedal, že zistenia sú"vzrušujúce, pretože boli všetko, len nie zaručené."

Výsledky naznačujú, že všetky horúce Jupitery, nielen 19 zahrnutých do štúdie, pravdepodobne obsahujú podobné súbory molekúl, ako je voda a oxid uhoľnatý, spolu s menším množstvom iných molekúl. Rozdiely medzi jednotlivými planétami by mali väčšinou predstavovať rôzne relatívne množstvá týchto molekúl. Zistenia tiež odhalili, že pozorované vlastnosti absorpcie vody sa mierne líšili od jedného horúceho Jupitera k druhému.

& quot;Vzhľadom na to, naše výsledky nám hovoria, že existuje veľká šanca, že sme prišli na veľké veci, ktoré sa dejú v chémii týchto planét," povedal Mansfield."Zároveň má každá planéta svoje vlastné chemické zloženie, a to tiež ovplyvňuje to, čo vidíme pri našich pozorovaniach."

Podľa autorov môžu byť výsledky použité na usmernenie očakávaní toho, čo by astronómovia mohli vidieť pri pohľade na horúci Jupiter, ktorý' predtým nebol študovaný. Vypustenie vlajkovej lode NASA' vesmírneho teleskopu Jamesa Webba, plánované na 18. decembra, vzbudilo nadšenie pre lovcov exoplanét, pretože Webb dokáže vidieť v oveľa širšom rozsahu infračerveného svetla a umožní oveľa viac. detailný pohľad na exoplanéty vrátane horúcich Jupiterov.

& quot;Je toho veľa, čo ešte stále nevieme' o tom, ako sa planéty vo všeobecnosti formujú, a jeden zo spôsobov, ako sa snažíme pochopiť, ako by sa to mohlo stať, je pozrieť sa na atmosféru týchto horúcich Jupiterov a zisťovanie, ako sa dostali tam, kde sú," povedal Mansfield."S údajmi z Hubbleovho teleskopu sa môžeme pozrieť na trendy štúdiom absorpcie vody, ale keď hovoríme o zložení atmosféry ako celku, existuje mnoho ďalších dôležitých molekúl, na ktoré sa chcete pozrieť, ako napr. oxid uhoľnatý a oxid uhličitý a JWST nám dá šancu skutočne pozorovať aj tie."