|
Особенности атмосферы WASP-121b бросают нашему пониманию
|
|
|
|
Почти треть известных экзопланет являются огромными газовыми гигантами, подобными Юпитеру или Сатурну. Но в то время как наша солнечная система развивалась с газовыми гигантами, расположенными далеко от нашего Солнца, некоторые планетные системы состоят из так называемых "горячих" или даже "ультрагорячих" юпитеров, вращающихся очень близко к своей звезде, а некоторые находятся так же близко, как Меркурий к Солнцу. Эти горячие, пышные гиганты выдерживают экстремальные температуры, и их иногда называют "жареным зефиром".
|
|
|
|
В рамках программы "Обжаривание маршмеллоу" Питер Смит, аспирант Школы исследований Земли и космоса при Университете штата Аризона, изучает химический состав атмосферы горячих и сверхгорячих Юпитеров, чтобы узнать о протопланетных дисках, из которых они образовались.
|
|
|
|
В этой программе используется инфракрасный спектрограф с иммерсионной решеткой (IGRINS), установленный на телескопе Gemini South в Чили, одной из частей Международной обсерватории Gemini, управляемой NSF NOIRLab.
|
|
|
|
Недавно команда ученых наблюдала за хорошо известным газовым гигантом WASP-121b, и их наблюдения открыли нечто неожиданное в истории его формирования. Их исследование представлено в статье, опубликованной в Astronomical Journal.
|
|
|
|
|
|
|
Планетная система образуется из так называемого протопланетного диска — вращающегося диска, содержащего смесь каменистого и ледяного материала. Скалистые материалы, такие как железо, магний и кремний, легко переходят в затвердевшее состояние и требуют очень высокой температуры для превращения в газ, в то время как ледяные материалы, такие как вода, метан, аммиак и монооксид углерода, легко испаряются и требуют очень низких температур для конденсации.
|
|
|
|
Из-за различных температурных порогов скалистые и ледяные материалы внутри диска распределяются по градиенту, изменяясь от твердых к газообразным в зависимости от расстояния до звезды.
|
|
|
|
В результате астрономы могут искать признаки присутствия этих элементов в составе планет и их атмосфер, вычислять соотношение каменистого и ледяного материала и определять, как далеко от своей звезды сформировалась планета.
|
|
|
|
Измерение этого соотношения обычно требует многократных наблюдений с использованием одного прибора, чувствительного к видимому свету, для обнаружения твердых скалистых элементов, и другого, чувствительного к инфракрасному свету, для обнаружения газообразных ледяных элементов. Но поскольку WASP-121b является сверхгорячим Юпитером с экстремальными температурами, оба вещества испаряются в атмосферу и могут быть обнаружены с помощью ИГРИНОВ с высоким спектральным разрешением.
|
|
|
|
С помощью этих наблюдений Смит и его команда впервые продемонстрировали измерение соотношения горных пород и льда на транзитной планете с помощью одного прибора.
|
|
|
|
Эта уникальная возможность, предоставляемая IGRINS, устраняет потенциальные ошибки, вызванные различиями в инструментах, и указывает на оптимистичный подход к химическому анализу экзопланет.
|
|
|
|
"Наземные данные, полученные с Gemini South с использованием IGRINS, на самом деле позволили провести более точные измерения содержания отдельных химических веществ, чем это могли бы сделать даже космические телескопы", - говорит Смит.
|
|
|
|
Спектроскопические данные показывают, что WASP-121b имеет высокое соотношение породы и льда, что указывает на то, что в процессе формирования на нем скопился избыток каменистого материала. Это говорит о том, что планета сформировалась в области протопланетного диска, где было слишком жарко для конденсации льдов, что является удивительным открытием, поскольку обычно считается, что для образования газовых гигантов необходимы твердые льды.
|
|
|
|
"Наши измерения означают, что, возможно, эту типичную точку зрения необходимо пересмотреть и пересмотреть наши модели формирования планет", - говорит Смит.
|
|
|
|
Смит и его команда также обнаружили замечательные характеристики атмосферы WASP-121b. "Климат этой планеты экстремальный и совсем не похож на земной", - говорит он.
|
|
|
|
Дневная сторона планеты настолько горячая, что элементы, которые обычно называют "металлическими", испаряются в атмосферу, что позволяет обнаружить их с помощью спектроскопии. Сильные ветры переносят эти металлы на постоянно ночную сторону планеты, где достаточно прохладно, чтобы они могли конденсироваться и выпадать дождем — эффект, который наблюдался на WASP-121b в виде кальциевого дождя.
|
|
|
|
"Чувствительность наших приборов повышается до такой степени, что мы можем использовать эти элементы для исследования различных регионов, высот и долгот, чтобы увидеть такие нюансы, как скорость ветра, и понять, насколько динамична эта планета", - говорит Смит.
|
|
|
|
IGRINS был вспомогательным инструментом в Gemini South, когда Смит наблюдал WASP-121b в 2022 и 2023 годах. С тех пор он покинул телескоп и вернулся в свое родное учреждение. Прибор оказался настолько успешным, что его новая версия — IGRINS-2 — была заказана для телескопа Gemini North на Гавайях и сейчас находится на этапе научной калибровки.
|
|
|
|
Смит называет IGRINS основным фактором в детальных измерениях атмосферы WASP-121b, проведенных его командой, и надеется распространить эти исследования на другие экзопланетные системы с помощью IGRINS-2.
|
|
|
|
Создание более крупной выборки горячих и сверхгорячих атмосфер Юпитера позволит ученым уточнить свои знания о том, как формируются планеты-гиганты.
|
|
|
|
Источник
|
