وب ناسا دی اکسید کربن را در جو سیاره فراخورشیدی تشخیص می دهد

وب با اولین تشخیص بی‌چون و چرای دی‌اکسید کربن در جو سیاره‌ای خارج از منظومه شمسی، عصر جدیدی از علم سیارات فراخورشیدی را آغاز می‌کند.

پس از سالها آماده سازی و انتظار، محققان سیارات فراخورشیدی به وجد آمده‌اند. تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا یک رنگین کمان با جزییات حیرت‌انگیز از نور ستاره نزدیک به فروسرخ را ثبت کرده است که در اتمسفر یک غول گاز داغ در فاصله 700 سال نوری از ما قرار دارد. طیف انتقال سیاره فراخورشیدی WASP-39 b، براساس مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌های انجام شده با استفاده از طیف‌نگار مادون قرمز نزدیک وب و تجزیه و تحلیل توسط ده‌ها دانشمند، نشان‌دهنده اولین‌ها است: اولین مشاهده علمی رسمی وب از یک سیاره فراخورشیدی. اولین طیف دقیق سیاره فراخورشیدی که این طیف از رنگهای نزدیک به فروسرخ را پوشش می‌دهد و اولین شواهد غیرقابل انکار وجود دی‌اکسیدکربن در جو سیاره‌ای که به دور ستاره‌ای دور می‌چرخد. نتایج نشان‌دهنده توانایی وب برای شناسایی مولکول‌های کلیدی مانند دی‌اکسیدکربن در طیف گسترده‌ای از سیارات فراخورشیدی – از جمله سیارات کوچک‌تر، خنک‌تر و صخره‌ای – است که بینش‌هایی درباره ترکیب، شکل‌گیری و تکامل سیارات در سراسر کهکشان ارائه می‌دهد.

سیاره فراخورشیدی WASP-39 b و ستاره آن

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا اولین شواهد واضح برای دی‌اکسیدکربن در جو سیاره‌ای خارج از منظومه شمسی را ثبت کرده است. این مشاهده از یک سیاره غول‌پیکر گازی که به دور ستاره‌ای شبیه به خورشید در فاصله 700 سال نوری از ما می‌چرخد، بینش‌های مهمی را در مورد ترکیب و شکل‌گیری این سیاره ارائه می‌دهد. این یافته که برای انتشار در Nature پذیرفته شده است، شواهدی ارائه می‌دهد که در آینده ممکن است وب قادر به تشخیص و اندازه‌گیری دی‌اکسیدکربن در اتمسفر نازکتر سیارات سنگی کوچکتر باشد.

WASP-39 b یک غول گاز داغ با جرمی تقریباً یک چهارم مشتری (تقریباً مشابه زحل) و قطری 1.3 برابر بیشتر از مشتری است. پف شدید آن تا حدی به دمای بالای آن (حدود 1600 درجه فارنهایت یا 900 درجه سانتیگراد) مربوط می‌شود. برخلاف غول‌های گازی خنک‌تر و فشرده‌تر در منظومه شمسی، WASP-39 b به دور ستاره‌اش بسیار نزدیک می‌گردد – فقط یک هشتم فاصله بین خورشید و عطارد – و یک مدار را در کمتر از چهار روز زمینی کامل می‌کند. کشف این سیاره که در سال 2011 گزارش شد، براساس ردیابی‌های زمینی از کم نوری ظریف و دوره‌ای نور ستاره میزبانش در حین عبور سیاره یا عبور از مقابل ستاره انجام شد.

مشاهدات قبلی از تلسکوپ‌های دیگر، از جمله تلسکوپ‌های فضایی هابل و اسپیتزر ناسا، وجود بخار آب، سدیم و پتاسیم را در جو سیاره نشان داد. حساسیت بی‌همتای مادون قرمز وب اکنون وجود دی‌اکسید کربن در این سیاره را نیز تایید کرده است.

نور ستاره فیلتر شده

سیارات گذری مانند WASP-39 b که مدارهای آنها را به جای از بالا به صورت لبه‌ای رصد می‌کنیم، می‌توانند فرصت‌هایی ایده‌آل برای کاوش جو سیاره‌ها در اختیار محققان قرار دهند. در طی یک گذر، مقداری از نور ستاره به طور کامل توسط سیاره گرفته می‌شود (که باعث تاریکی کلی می‌شود) و مقداری از طریق جو سیاره منتقل می‌شود.

از آنجایی که گازهای مختلف ترکیبهای مختلفی از رنگها را جذب می‌کنند، محققان می‌توانند تفاوتهای کوچک در روشنایی نور ارسالی در طیفی از طول‌موج‌ها را تجزیه و تحلیل کنند تا دقیقاً مشخص کنند که جو از چه چیزی تشکیل شده است. با ترکیبی از جو متورم و گذرهای مکرر، WASP-39 b یک هدف ایده‌آل برای طیف‌سنجی انتقال است.

اولین تشخیص واضح دی‌اکسید کربن

تیم تحقیقاتی از طیف نگار مادون قرمز نزدیک (NIRSpec) وب برای مشاهدات خود از WASP-39 b استفاده کرد. در طیف حاصل از جو سیاره فراخورشیدی، یک تپه کوچک بین 4.1 تا 4.6 میکرون، اولین شواهد واضح و دقیق برای دی‌اکسیدکربن کشف شده در سیاره‌ای خارج از منظومه شمسی را ارائه می‌دهد.

ظفر رستمکولوف، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه جانز هاپکینز و عضو تیم علمی انتشار زودهنگام انجمن سیارات فراخورشیدی جیمزوب که این تحقیق را انجام داده است، گفت: «به محض اینکه داده‌ها روی صفحه نمایش من ظاهر شد، این یک لحظه خاص و عبور از یک آستانه مهم در علوم سیارات فراخورشیدی بود.

هیچ رصدخانه‌ای تا کنون چنین تفاوتهای ظریفی را در روشنایی این همه رنگ در محدوده 3 تا 5.5 میکرون در طیف انتقال سیاره فراخورشیدی اندازه گیری نکرده است. دسترسی به این بخش از طیف برای اندازه‌گیری فراوانی گازهایی مانند آب و متان و همچنین دی‌اکسیدکربن که تصور می‌شود در انواع مختلف سیارات فراخورشیدی وجود دارد، بسیار مهم است.

ناتالی باتالها از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز، که سرپرستی این تیم را بر عهده دارد، گفت: «تشخیص چنین سیگنال واضحی از دی‌اکسید کربن در WASP-39 b، نوید خوبی برای تشخیص ‌اتمسفر در سیارات کوچکتر به اندازه زمین است.

درک ترکیب اتمسفر یک سیاره مهم است زیرا چیزی در مورد منشا سیاره و چگونگی تکامل آن به ما می‌گوید. مایک لاین از دانشگاه ایالتی آریزونا، یکی دیگر از اعضای این تیم تحقیقاتی، گفت: «مولکول‌های دی‌اکسید کربن ردیاب‌های حساس داستان شکل‌گیری سیاره هستند. با اندازه‌گیری این ویژگی دی‌اکسیدکربن، می‌توانیم تعیین کنیم که چه مقدار جامد در مقابل چه مقدار ماده گازی برای تشکیل این سیاره غول پیکر گازی استفاده شده است. در دهه آینده،  جیمز وب این اندازه‌گیری را برای انواع سیارات انجام خواهد داد و بینشی در مورد جزئیات نحوه شکل‌گیری سیارات و منحصر به فرد بودن منظومه شمسی ما ارائه خواهد کرد.

علم انتشار زودهنگام

این مشاهدات منشوری NIRSpec از WASP-39 b تنها بخشی از یک تحقیق بزرگتر است که شامل مشاهدات سیاره با استفاده از چندین ابزار وب و همچنین مشاهدات دو سیاره در حال عبور دیگر است. این تحقیقات، که بخشی از برنامه Early Release Science است، به گونه‌ای طراحی شده است که در اسرع وقت، داده‌های قوی وب را به جامعه تحقیقاتی سیارات فراخورشیدی ارائه دهد.

ویوین پارمنتیر، یکی از محققین دانشگاه آکسفورد، توضیح داد: «هدف تجزیه و تحلیل سریع مشاهدات علم انتشار زودهنگام و توسعه ابزارهای منبع باز برای استفاده جامعه علمی است. “این امکان مشارکت از سراسر جهان را فراهم می‌کند و تضمین می‌کند که بهترین علم ممکن از دهه‌های آینده مشاهدات به دست خواهد آمد.”

ناتاشا باتالها، یکی از نویسندگان این مقاله از مرکز تحقیقات ایمز ناسا، اضافه می‌کند که “اصول راهنمای علم باز ناسا در کار علمی انتشار زودهنگام ما متمرکز است و از یک فرآیند علمی فراگیر، شفاف و مشارکتی حمایت می کند.”

تلسکوپ فضایی جیمز وب برترین رصدخانه علوم فضایی جهان است. وب اسرار منظومه شمسی ما را حل خواهد کرد، به جهانهای دور در اطراف ستاره‌های دیگر نگاه خواهد کرد و ساختارها و منشاء اسرارآمیز جهان و مکان ما در آن را بررسی خواهد کرد. وب یک برنامه بین‌المللی است که توسط ناسا با شرکای خود، ESA (آژانس فضایی اروپا) و آژانس فضایی کانادا هدایت می‌شود.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

NASA’s Webb Detects Carbon Dioxide in Exoplanet Atmosphere

August 25, 2022 10:00AM (EDT) Release ID: 2022-042

https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2022/news-2022-042