کشف بخار آب توسط تلسکوپ فضایی وب!!

ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی وب ناسا نشانه‌هایی از بخار آب پیدا کرده‌اند. اما آیا بخار آب روی یک سیاره فراخورشیدی سنگی یا ستاره این سیاره است؟

ایده هنری از GJ 486 b، یک سیاره فراخورشیدی سنگی که به دور یک ستاره کوتوله قرمز در فاصله 26 سال نوری زمین می‌چرخد. تلسکوپ فضایی وب ناسا شواهد آزمایشی برای بخار آب در این سیاره پیدا کرده است، اما هنوز مشخص نیست که آیا بخار آب در جو سیاره است یا در لکه‌های ستاره‌ای روی ستاره. تصویر از ناسا / ESA / CSA / جوزف اولمستد (STScI) / لیا هوستاک (STScI).

ستاره‌شناسان شواهدی مبنی بر وجود بخار آب در جو تعداد زیادی از سیارات فراخورشیدی یافته‌اند. تاکنون، این سیارات بسیار بزرگتر از زمین بوده‌اند (مانند مینی‌نپتون‌ها یا ابرمشتری‌ها). اما سیارات سنگی کوچک‌تر و نزدیک‌تر به زمین چطور؟ تشخیص بخار آب در جهانهای کوچکی که از ما بسیار دور هستند، کار آسانی نیست. اما در 1 می 2023، محققان در ایالات متحده و بریتانیا گزارش دادند که بخار آب را در جو یک سیاره سنگی یا ستاره کوتوله قرمزی شناسایی کردند که به دور آن می‌چرخد. آنها از تلسکوپ فضایی وب برای انجام مشاهدات از فاصله 26 سال نوری استفاده کردند.

وب بخار آب را تشخیص می‌دهد

این سیاره، GJ 486 b، سنگی است، حدود 30 درصد بزرگتر از زمین و سه برابر جرم آن را دارد که باعث می‌شود که ستاره شناسان آن را ابر زمین بنامند. این ستاره بسیار نزدیک به ستاره خود می‌چرخد و تنها در 1.5 روز یک مدار را کامل می‌کند. متأسفانه، با دمای تخمینی 800 درجه فارنهایت (430 درجه سانتیگراد)، احتمالاً مکان مناسبی برای جستجوی زندگی نیست. دانشمندان می‌گویند که احتمالاً از نظر جزر و مدی نیز قفل است، بنابراین همیشه همان سمت را رو به ستاره خود نگه می‌دارد.

با وجود دماهای بالا، هنوز هم ممکن است GJ 486 b بتواند بخار آب در جو خود داشته باشد. البته اگر جوی وجود داشته باشد که هنوز مشخص نیست.

و در واقع، مشاهدات وب نشانه هایی از بخار آب را نشان داد. هیجان‌انگیز است.

روی سیاره… یا ستاره اش؟

سوال بزرگ این است: آیا بخار آب روی این سیاره است یا واقعاً می‌تواند روی ستاره باشد؟

نویسنده اصلی سارا موران از دانشگاه آریزونا گفت:

ما یک سیگنال را می‌بینیم و تقریباً به طور قطع به دلیل وجود آب است. اما هنوز نمی‌توانیم بگوییم که آیا آن آب بخشی از جو سیاره است، به این معنی که این سیاره دارای جو است، یا اینکه ما فقط می‌بینیم که یک علامت وجود آب از ستاره می‌آید.

کوین استیونسون از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز افزود:

بخار آب موجود در اتمسفر روی یک سیاره سنگی داغ، یک پیشرفت بزرگ برای علم سیارات فراخورشیدی است. اما باید مراقب باشیم و مطمئن شویم که ستاره مسئول آن نیست.

گذرهای سیاره‌ای سرنخهایی را ارائه می‌دهند

بنابراین، محققان چگونه بخار آب را تشخیص دادند؟ وب GJ 486 b را هنگام عبور از مقابل ستاره خود، همانطور مشاهده کرد که از زمین دیده می‌شود. این کار را نه یک بار، بلکه دو بار انجام داد. هر گذر حدود یک ساعت به طول انجامید. محققان از سه تکنیک برای تجزیه و تحلیل داده‌های وب استفاده کردند.

جالب است که هر سه روش نتایج مشابهی را نشان دادند. طیف انتقال از سیاره و ستاره عمدتاً مسطح بود. با این حال، یک تفاوت جالب در کوتاه ترین طول موج مادون قرمز وجود داشت. چه چیزی باعث ایجاد تفاوت شد؟ ستاره‌شناسان کدام مولکولها را شناسایی کردند؟ برای کشف این موضوع، محققان مدلهای کامپیوتری را با استفاده از انواع مختلف مولکولها اجرا کردند. معلوم شد که محتمل ترین توضیح بخار آب است.

طیف انتقال GJ 486 b که امضای بخار آب را نشان می‌دهد. نمودار دو مدل احتمالی بخار آب را، چه در جو سیاره و چه در لکه‌های ستاره‌ای روی ستاره، مقایسه می‌کند. تصویر از  NASA/ ESA/ CSA/ جوزف اولمستد (STScI)/ سارا ای. موران (دانشگاه آریزونا)/ کوین بی استیونسون (APL)/ رایان مک دونالد (دانشگاه میشیگان)/ جاکوب ای. لوستیگ-یاگر (APL).

بخار آب در لکه‌های ستاره‌ای؟

اگر بخار آب در اتمسفر سیاره نباشد، در لکه‌های ستاره‌ای کوتوله قرمز، لکه‌های تاریک روی ستاره مانند لکه‌های خورشیدی روی خورشید خودمان خواهد بود. چطور ممکن است؟ با کمال تعجب، بخار آب می‌تواند در لکه‌های خورشیدی وجود داشته باشد زیرا آنها در مقایسه با سطح اطراف خورشید بسیار خنکتر هستند.

محققان می‌گویند از آنجایی که ستاره GJ 486 b در حال حاضر بسیار سردتر از خورشید ما است، ستاره‌های آن حتی از لکه‌های خورشیدی نیز خنکتر خواهند بود. بنابراین، لکه‌ها می‌توانند حتی بخار آب بیشتری داشته باشند. اگر سیاره در حین عبور از یک لکه ستاره‌ای عبور کند، ممکن است به نظر برسد که بخار آب در این سیاره است، در حالی که واقعاً در لکه ستاره‌ای است. این یک نظریه قابل قبول است، اگرچه یک مشکل وجود دارد. محققان هرگز عبور این سیاره را در مقابل هیچ لکه ستاره‌ای ندیدند. اما هنوز هم ممکن است لکه‌های ستاره‌ای وجود داشته باشد که ستاره‌شناسان ندیده باشند. یکی از نویسندگان رایان مک دونالد از دانشگاه میشیگان گفت:

ما شواهدی مبنی بر عبور سیاره از هیچ لکه ستاره‌ای در طول گذر مشاهده نکردیم. اما این بدان معنا نیست که لکه‌‌ای در جای دیگری روی ستاره وجود ندارد و این دقیقاً سناریوی فیزیکی است که این سیگنال آب را در داده‌ها حک می‌کند و می‌تواند شبیه یک جو سیاره‌ای باشد.

مشاهدات اضافی مورد نیاز است

بنابراین، در حال حاضر، هنوز مشخص نیست که منبع بخار آب سیاره است یا ستاره آن. محققان می‌گویند که برای کشف منبع واقعی بخار آب به مشاهدات بیشتری با دو ابزار روی وب نیاز دارند.

ابزار فروسرخ میانی (MIRI) سمت روز سیاره را رصد خواهد کرد. اگر این سیاره اتمسفر نداشته باشد، یا فقط اتمسفر نازکی داشته باشد، گرمترین قسمت روز سیاره در نقطه‌ای خواهد بود که مستقیماً رو به ستاره است. با این حال، اگر به داغ ترین نقطه جابجا شود، نشان دهنده جوی است که گرما می‌تواند در آن گردش کند.

علاوه بر این، تصویرگر مادون قرمز نزدیک و طیف‌نگار بدون شکاف (NIRISS) می‌تواند بین جو سیاره و سناریوهای لکه ستاره تمایز قائل شود. اما این ترکیبی از ابزارها است که در نهایت باید به طور قطعی تعیین کند که آیا واقعاً بخار آب در GJ 486 b وجود دارد یا خیر.

در سال 2019، اخترشناسان گزارش دادند که بخار آب را در جو یک ابر زمین دیگر، K2-18b پیدا کردند. این سیاره به طور بالقوه قابل سکونت در نظر گرفته شد. با این حال، بعداً محققان گفتند که این سیاره بیشتر شبیه یک نپتون کوچک، با جوی عمیق هیدروژنی و احتمالاً بدون سطح جامد است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Webb finds water vapor near star with exoplanet

Posted by Paul Scott Anderson May 7, 2023

https://earthsky.org/space/water-vapor-gj-486-b-exoplanets-webb/