Exoplanet GJ 1214 b ve Yıldızı

Mevcut bilgilere göre GJ 1214 b dış gezegeninin nasıl görünebileceğini gösteren çizim. Dünya’dan yaklaşık 48 ışıkyılı uzaklıkta, Neptün’ün alt boyutunda, sıcak bir ötegezegen olan GJ 1214b, galaksideki en çok çalışılan ötegezegenlerden biridir. Daha önceki spektroskopik gözlemler, gezegenin aerosollerle (bulutlar veya puslar) örtüldüğünü gösteriyor; bu, şimdiye kadar kalın atmosferini oluşturan gazların bileşimini belirlemeyi imkansız hale getirdi. Kredi: NASA, ESA, CSA ve D. Player (STScI)

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu Çevreleyen Alt Neptünleri Kaldırmak İçin Hazırlandı

Ayrıntılı atmosferik çalışmalar, galakside bilinen en yaygın ve gizemli gezegenlerden bazılarına ilişkin önemli bilgiler sağlayacaktır.

NS Samanyolu Dünya’dan daha büyük, ancak Dünya’dan biraz daha küçük esrarengiz gezegenlerle dolu. Neptün, yıldızlarının etrafında Merkür’ün Güneş’in yörüngesindeki yörüngesinden daha hızlı ve daha yakın yarışıyorlar. Işık yılı uzakta, pus veya bulutlar tarafından gizlenmiş ve kendi güneş sistemimizle karşılaştırılabilir hiçbir şey olmadan, neredeyse her yerde bulunan bu Neptün-altı boyutlu gezegenlerin kesin doğası bir gizem olmaya devam ediyor. Onlar neden yapılma? Nasıl oluştular? Ve bize genel olarak gezegenler ve gezegensel evrim hakkında ne söyleyebilirler?

Loş kızılötesi ışığın parlaklık ve rengindeki son derece ince farkları ölçmek için benzersiz yeteneği ile, NASA‘s James Webb Uzay Teleskobu Samanyolu’nda gözlemlenen en yaygın gezegen türünün doğasını ve kökenini çevreleyen sisi kaldırmak için hazırlanmıştır.

TOI-421 b ve GJ 1214 b'nin Dünya ve Neptün ile Karşılaştırılması

Neptün-altı ötegezegenleri TOI-421b ve GJ 1214b’nin boyutlarını Dünya ve Neptün ile karşılaştıran çizim. Hem TOI-421 b hem de GJ 1214 b, yarıçap, kütle ve yoğunluk bakımından Dünya ile Neptün arasındadır. İki ötegezegenin düşük yoğunlukları, kalın atmosferlere sahip olmaları gerektiğini gösteriyor. Gezegenler, artan yarıçap ve kütle sırasına göre soldan sağa doğru düzenlenmiştir:
Derin Uzay İklim Gözlemevi’nden Dünya’nın Görüntüsü: Dünya, ortalama yarıçapı yaklaşık 6.370 kilometre, kütlesi yaklaşık 6 milyar trilyon metrik ton ve yoğunluğu suyun 5.5 katı olan kayalık bir gezegendir.
TOI-421 b’nin çizimi: TOI-421 b, Dünya’nın 2,68 katı yarıçapa, Dünya’nın 7,2 katı kütleye ve 2,05 katı su yoğunluğuna sahip, sıcak bir Neptün-altı ötegezegenidir.
GJ 1214 b’nin çizimi: GJ 1214 b, Dünya’nın 2,74 katı yarıçapa, Dünya’nın 8,2 katı kütleye ve 2,2 katı su yoğunluğuna sahip, sıcak bir Neptün-altı ötegezegenidir.
Voyager 2’den Neptün’ün görüntüsü: Neptün, Dünya’nın 3,88 katı yarıçaplı (Dünya’nın yaklaşık 58 katı bir hacme sahip), Dünya’nın 17 katı kütleli ve yalnızca 1,6 katı su yoğunluğuna sahip bir buz devidir.
Şekil, gezegenlerin yarıçap cinsinden ölçeklenmesini gösterir, ancak uzaydaki konumu veya yıldızlarından uzaklığı göstermez. Dünya ve Neptün Güneş’in yörüngesinde dönerken, TOI-421 b yaklaşık 244 ışıkyılı uzaklıkta güneş benzeri bir yıldızın yörüngesinde dönüyor ve GJ 1214 b yaklaşık 48 ışıkyılı uzaklıkta küçük bir kırmızı cüce yıldızın yörüngesinde dönüyor.
Kredi: NASA, ESA, CSA ve D. Player (STScI)

Samanyolu’nda incelenen Güneş benzeri yıldız sistemlerinin yarısından fazlası, kendi güneş sistemimizde olmayan gizemli bir gezegen türünü barındırıyor.

Dünya’dan daha büyük, Neptün’den daha küçük ve yıldızlarına, Güneş’in yörüngesindeki Merkür’den daha yakın olan bu sıcak-sıcak alt Neptünler, galakside gözlemlenen en yaygın gezegen türüdür. Ancak araştırmacılar, bu gezegenlerin yüzlercesinin büyüklük, kütle ve yörünge dahil olmak üzere temel özelliklerini ölçebilmiş olsalar da, temel yapıları belirsizliğini koruyor.

Yoğun, Dünya benzeri kaya ve demir topları mı, kalın hidrojen ve helyum gazı katmanlarıyla kaplanmışlar mı? Veya buharlı, su açısından zengin atmosferlerle çevrili daha az yoğun kaya ve buz karışımları mı? Sınırlı veri ve karşılaştırma için kendi güneş sistemimizde benzer büyüklükte ve yörüngede gezegen bulunmadığından, bu soruları cevaplamak zor oldu.

“Bu gezegenler nelerdir? Nasıl oluşurlar? Güneş sistemimizde neden yok? Bunlar temel sorular, ”diye açıklıyor astronom Jacob Bean. Chicago Üniversitesi çok sayıda ötegezegen gözlemine öncülük etmiştir.

Ötegezegen TOI-421 b ve Yıldızı

TOI-421 b ötegezegeninin nasıl görünebileceğini gösteren çizim. TOI-421 b, Dünya’dan yaklaşık 244 ışıkyılı uzaklıkta, Güneş benzeri bir yıldızın yörüngesinde dönen, Neptün’ün alt boyutunda sıcak bir ötegezegendir. TOI-421 b’nin pus ve bulutlardan arındırılmış net bir atmosfere sahip olduğu düşünülmektedir. Kredi: NASA, ESA, CSA ve D. Player (STScI)

Sis Problemi

Alt Neptünlerin neyden yapıldığını ve nasıl oluştuklarını anlamanın anahtarı, atmosferlerini incelemektir. Ancak net bir görüş elde etmek kolay olmadı.

En etkili analiz yöntemi ötegezegen atmosferler, iletim spektroskopisi olarak bilinen bir tekniktir. Gezegen yıldızından geçerken, yıldız ışığının bazı dalga boyları (renkleri) gezegenin atmosferindeki gazlar tarafından filtrelenir. Her gaz türünün emdiği benzersiz bir “imza” veya dalga boyları kümesi olduğundan, iletim spektrumundaki kalıplara dayanarak bir atmosferin neyden yapıldığını anlamak mümkündür.

Bu teknik birçok ötegezegen için başarılı oldu, ancak çoğu alt Neptün için değil. Dış gezegen atmosferlerinin teorik modellemesinde uzmanlaşmış Maryland Üniversitesi-College Park Üniversitesi’nden Eliza Kempton, “Neptün-altı gezegenlerin çok az atmosferik gözlemi oldu” diye açıklıyor. “Ve bunların çoğu, spektrumların atmosferdeki gazları tanımlamamıza izin verecek spektral özellikler yolunda fazla bir şey ortaya çıkarmadığı için tatmin edici değil.”

Dış Gezegen TOI-421 b'nin Simüle İletim Spektrumu

Sıcak Neptün alt-ötegezegeni TOI-421’in olası iletim spektrumu b. Bir iletim spektrumu, gezegenin atmosferi tarafından engellenen farklı dalga boylarındaki (renklerdeki) yıldız ışığı miktarını gösterir. Araştırmacılar, sıcaklık, farklı gazların bolluğu ve ne tür aerosollerin mevcut olduğu gibi belirli makul atmosferik koşulları varsayarsak, spektrumların nasıl görüneceğini tahmin etmek için bilgisayar modellerini kullanırlar. Kredi: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI), Eliza Kempton (UMD)

Sorun, bulutları veya pusları oluşturan aerosoller, küçük parçacıklar ve damlacıklar gibi görünüyor. Bu parçacıklar yıldız ışığını saçar, belirgin tayfsal tepe noktalarını ince dalgalanmalara dönüştürür ve gaz bileşimini belirleme açısından tayfı neredeyse işe yaramaz hale getirir.

Ancak Webb ile araştırmacılar, Neptün’ün alt bölgelerine ilişkin çok daha net bir görüşün ufukta olduğundan eminler. Bean ve Kempton tarafından ortaklaşa yönetilen ve Webb operasyonlarının ilk yılı için planlanan iki gözlem programı, Neptün altı boyutlu iki gezegeni araştırmak için Webb’in benzersiz güçlü yeteneklerini kullanacak: GJ 1214 b, arketip alt Neptün; ve TOI-421 b, daha yeni bir keşif.

Alt Neptün Arketipi: GJ 1214 b

Yakınlardaki bir kırmızı cüce yıldızın yörüngesinde dönen sıcak bir alt Neptün olan GJ 1214 b, düzinelerce araştırmaya konu oldu. Kısa yörünge periyodu, yıldızına göre büyük boyutu ve Dünya’ya olan karşılaştırmalı yakınlığı (ötegezegenler giderken) etkili bir şekilde gözlemlemeyi kolaylaştırırken, referans noktası Neptün’ün statüsü – ve Bean’e göre, “en gizemli ötegezegen”. bildiğimiz” – onu araştırmaya değer bir hedef haline getirin.

Ötegezegen Faz Eğrisi Şeması

Bir ötegezegen faz eğrisinin bu basitleştirilmiş diyagramı, gezegen yıldızın yörüngesinde dolanırken bir yıldız-gezegen sisteminin toplam parlaklığındaki değişimi gösterir. Sistem, gezegenin aydınlık tarafının daha fazla kısmı teleskoba baktığında (tam faz) daha parlak ve karanlık tarafının daha fazlası teleskoba baktığında (yeni faz) daha sönük görünür. Kredi: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)

Ekip, gezegen birden fazla tam yörüngeyi tamamlarken yaklaşık 50 saat boyunca neredeyse kesintisiz olarak GJ 1214 sistemine bakmak için Webb’in Orta Kızılötesi Enstrümanını (MIRI) kullanacak. Ardından, GJ 1214 b’nin atmosferini oluşturan olası gaz ve aerosol kombinasyonlarını daraltmak için verileri üç farklı şekilde analiz edecekler.

İletim Spektroskopisi: Su, metan veya amonyak gibi moleküller bolsa, iletim spektrumunda açık olmalıdırlar. Orta-kızılötesi ışık, aerosoller tarafından görünür ve yakın-kızılötesi ışıkla aynı şekilde dağılmamalıdır.

Termal Emisyon Spektroskopisi: Gezegenin kendisi tarafından yayılan orta-kızılötesi ışık, her ikisi de atmosferden etkilenen gezegenin sıcaklığı ve yansıtıcılığı hakkında bilgi sağlayacaktır. Örneğin karanlık, isli, ışığı emen bir pusla çevrili bir gezegen, parlak, yansıtıcı bulutlarla kaplı bir gezegenden daha sıcak olacaktır.

Faz Eğrisi Sıcaklık Haritalaması: Webb, GJ 1214 b’yi doğrudan gözlemleyemeyecek olsa da (gezegen yıldızına çok yakındır), gezegen yıldızın etrafında dönerken sistemden gelen toplam ışık miktarındaki çok ince değişiklikleri ölçmek için yeterince hassastır. Araştırmacılar, gezegenin ortalama sıcaklığını boylamla haritalamak için GJ 1214 b’nin faz eğrisini, faza karşı parlaklık grafiğini (yani, gezegenin gün tarafının ne kadarının teleskoba baktığını) kullanacaklar. Bu, atmosferin dolaşımı ve yapısı hakkında ek bilgi sağlayacaktır.

Sıcak Alt Neptün TOI-421 b

GJ 1214 b gibi sıcak alt Neptünleri çevreleyen aerosollerin neyden yapıldığı açık değil, ancak bunlar, üzerinde bulunan sis benzeri pus oluşturanlara benzer olabilirler. SatürnAy Titan. Bu hipotezi test etmek için araştırmacılar, büyüklük ve yoğunluk olarak GJ 1214 b’ye benzeyen, ancak isli sisin var olamayacak kadar sıcak olduğu düşünülen bir gezegen olan TOI-421 b’yi hedef almaya karar verdiler.

Webb, TOI-421 b’yi yıldızından geçerken, bir kez Yakın Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarıksız Spektrografı (NIRISS) kullanarak ve yine Yakın Kızılötesi Spektrografı (NIRSpec) kullanarak iki kez gözlemleyecektir. gezegen. Hipotez doğruysa ve TOI-421 b’nin gökyüzü açıksa, spektrum su, metan ve karbondioksit gibi moleküllerin bolluğunu ölçmek için kullanılabilir. Sonuçta TOI-421 b’nin bir aerosol sorunu olduğu ortaya çıkarsa, ekip bu aerosollerin neyden yapıldığını daha iyi anlamak için verileri kullanacak.

Kempton ve Bean, bilim adamlarının Webb ile bir dizi farklı yolla anlaşılması zor Neptün-altı atmosferlerini araştırarak, sonunda yalnızca bu iki belirli nesneyi değil, tüm bir gezegen sınıfını anlamaya başlayacaklarından eminler.

Hem GJ 1214 b’nin MIRI gözlemleri hem de TOI-421 b’nin NIRISS ve NIRSpec gözlemleri Webb’in Döngü 1 Genel Gözlemciler programının bir parçası olarak gerçekleştirilecektir. Genel Gözlemciler programları, Hubble’da zaman ayırmak için kullanılan aynı sistem olan ikili anonim bir inceleme sistemi kullanılarak rekabetçi bir şekilde seçildi.

James Webb Uzay Teleskobu, 2021’de fırlatıldığında dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevi olacak. Webb güneş sistemimizdeki gizemleri çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyaların ötesine bakacak ve evrenimizin ve yerimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini araştıracak. içinde. Webb, ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte NASA tarafından yönetilen uluslararası bir programdır.





#NASAnın #Webb #Uzay #Teleskobu #Galaksinin #Gizemli #Gezegenlerinin #Sırlarını #Ortaya #Çıkarmaya #Hazırlandı