ابزار NIRISS در وب، جو یک سیاره فراخورشیدی بسیار داغ مشتری مانند را نقشه برداری کرد!!

این تیم طیف گسیل حرارتی WASP-18 b را با اندازه‌گیری مقدار نوری که از محدوده طول موج 0.85 تا 2.8 میکرون NIRISS SOSS تلسکوپ وب ساطع می‌کند، به دست آورد و 65 درصد از کل انرژی ساطع شده توسط سیاره را جذب کرد. WASP-18 b در سمت روز این سیاره قفل شده به قدری داغ است که مولکولهای آب تبخیر می‌شوند. وب به طور مستقیم بخار آب را در این سیاره حتی در مقادیر نسبتاً کمی مشاهده کرد که نشان دهنده حساسیت رصدخانه است. اعتبار: NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC)

در فاصله 400 سال نوری چیزی وجود دارد که آنقدر وسوسه‌انگیز است که ستاره‌شناسان از زمان کشف آن در سال 2009 در حال مطالعه آن بوده‌اند. یک گردش برای WASP-18 b به دور ستاره خود که کمی بزرگتر از خورشید ماست تنها 23 ساعت طول می‌کشد. چیزی شبیه آن در منظومه شمسی ما وجود ندارد.

یک مطالعه جدید توسط دانشگاه مونترال Ph.D. دانشجوی لوئی فیلیپ کولومب در مورد این سیاره فراخورشیدی، یک غول گازی فوق داغ که 10 برابر جرم‌تر از مشتری است، بر اساس داده‌های جدید ابزار کانادایی NIRISS در تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) شگفتی‌های بسیاری را به همراه دارد.

نقشه‌برداری از یک سیاره فراخورشیدی

یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان بخار آب موجود در جو سیاره فراخورشیدی WASP-18 b را شناسایی کرده و نقشه دمایی این سیاره را در حالی تهیه کرده‌اند که پشت سر می‌لغزد و دوباره از ستاره خود ظاهر می‌شود. این رویداد به گرفت ثانویه معروف است. دانشمندان می‌توانند نور ترکیبی ستاره و سیاره را بخوانند، سپس اندازه‌گیری‌های ستاره را در حالی اصلاح کنند که سیاره در پشت آن حرکت می‌کند.

همان سمتی که به سمت روز معروف است، WASP-18 b همیشه رو به ستاره خود است، همانطور که همان سمت ماه همیشه رو به زمین است. به این پدیده قفل کشندی می‌گویند. دما یا درخشش نقشه سیاره فراخورشیدی تغییر عظیمی را در دما – تا 1000 درجه – از داغترین نقطه رو به ستاره تا پایانه‌گر نشان می‌دهد، جایی که روز و شب این سیاره که از نظر جزر و مد قفل شده در گرگ و میش دائمی به هم می‌رسند.

“JWST به ما این حساسیت را می‌دهد تا نقشه‌های بسیار دقیق تری از سیارات غول‌پیکر داغ مانند WASP-18 b نسبت به قبل تهیه کنیم. این اولین باری است که یک سیاره با JWST نقشه‌برداری می‌شود. مگان منسفیلد، محقق ساگان در دانشگاه آریزونا و یکی از نویسندگان این تحقیق می‌گوید: مدل‌های پیش‌بینی‌شده، مانند کاهش شدید دما از نقطه‌ای روی سیاره که مستقیماً رو به ستاره است، در واقع در داده‌ها دیده می‌شود.

این تیم شیب دما را در سراسر روز سیاره نقشه‌برداری کردند. با توجه به خنک‌تر بودن سیاره در نقطه پایانی، احتمالاً چیزی مانع از توزیع مؤثر گرما در سمت شب توسط بادها می‌شود. اما آنچه بر بادها تأثیر می‌گذارد هنوز یک راز است.

“نقشه روشنایی WASP-18 b فقدان بادهای شرقی-غربی را نشان می‌دهد که به بهترین وجه با مدل‌هایی با کشش اتمسفر مطابقت دارد. یک توضیح احتمالی این است که این سیاره دارای یک میدان مغناطیسی قوی است که یک کشف هیجان انگیز خواهد بود.” – نویسنده رایان چلنر، از دانشگاه میشیگان.

این اینفوگرافیک توضیح می دهد که چگونه ستاره‌شناسان از گذر سیارات فراخورشیدی و گرفت برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این جهان‌های دور استفاده می‌کنند. اعتبار: NASA/JPL-Caltech/R.

یکی از تفسیرهای نقشه گرفت این است که اثرات مغناطیسی بادها را وادار می‌کند تا از استوای سیاره به سمت بالا بر روی قطب شمال و به سمت پایین بر روی قطب جنوب، به جای شرق-غرب، بوزند.

محققان تغییرات دما را در ارتفاعات مختلف لایه‌های جوی سیاره غول گازی ثبت کردند. آنها شاهد افزایش دما با افزایش ارتفاع بودند که صدها درجه تغییر می‌کرد.

علائم بخار آب

طیف اتمسفر این سیاره به وضوح چندین ویژگی آب کوچک اما دقیق اندازه گیری شده را نشان می‌دهد که علیرغم دمای شدید تقریباً 2700 درجه سانتیگراد وجود دارد. آنقدر داغ است که بیشتر مولکول‌های آب را از هم جدا می‌کند، بنابراین مشاهده وجود آن نشان‌دهنده حساسیت فوق‌العاده وب برای تشخیص آب باقی‌مانده است. مقادیر ثبت شده در جو WASP-18 b نشان می‌دهد که بخار آب در ارتفاعات مختلف وجود دارد

دکتر لویی فیلیپ کولومب دانشجوی دانشگاه مونترال، عضو موسسه تروتیر برای تحقیقات سیارات فراخورشیدی (iREx) و نویسنده اصلی مقاله WASP-18 b گفت: «برای اولین بار نگاه کردن به طیف JWST WASP-18 b و دیدن نشانه ظریف اما دقیق اندازه‌گیری شده از آب، حس خوبی بود.

بجورن بننکه، پروفسور UdeM، عضو iREx و یکی از نویسندگان این مقاله افزود: با استفاده از این نوع اندازه‌گیری‌ها، ما قادر خواهیم بود چنین مولکول‌هایی را برای طیف وسیعی از سیارات در سال‌های آینده شناسایی کنیم. بنکه دکترای کولومب است. مشاور نیز بوده و از سال 2016 تلاشهای جهانی را برای مطالعه WASP-18 b رهبری می‌کند.

WASP-18 b که در یک تصویر هنری دیده می شود، یک سیاره فراخورشیدی غول پیکر گازی است که 10 برابر جرم بیشتر از مشتری دارد که تنها در 23 ساعت به دور ستاره خود می‌چرخد. محققان از ابزار NIRISS در تلسکوپ فضایی جیمز وب برای مطالعه این سیاره در حین حرکت پشت ستاره خود استفاده کردند. دما در آنجا به 2700 درجه سانتیگراد می‌رسد. اعتبار: NASA/JPL-Caltech/K. Miller/IPAC

کار ابزار NIRISS و دانشمندان اولیه شغلی

تیم اخترشناسان WASP-18 b را برای حدود شش ساعت با استفاده از یکی از ابزارهای وب، تصویرگر مادون قرمز نزدیک و طیف‌نگار بدون شکاف (NIRISS) مشاهده کردند که توسط آژانس فضایی کانادا و چندین شریک از جمله دانشگاه مونترال و iREx ارائه شده بود.

آنجلی پیت، یک محقق فوق دکترا در مؤسسه علمی کارنگی و یکی از نویسندگان تحقیق جدید گفت: “از آنجایی که ویژگی‌های آب در این طیف بسیار ظریف هستند، شناسایی آنها در مشاهدات قبلی دشوار بود. این امر باعث شد که در نهایت شاهد آبنماها با این مشاهدات JWST باشیم.”

مشاهدات WASP-18 b به عنوان بخشی از برنامه علمی انتشار زودهنگام جامعه سیاره فراخورشیدی گذرا به رهبری ناتالی باتالها، ستاره‌شناس دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز جمع‌آوری شد که به هماهنگی تحقیقات جدید و بیش از صد محقق در این زمینه کمک کرد. تیم بسیاری از این کار پیشگامانه توسط دانشمندانی مانند Coulombe، Challener، Piette و Mansfield انجام شده است.

نزدیکی، هم به ستاره‌اش و هم به ما، کمک کرد تا WASP-18 b، مانند جرم بزرگش، به هدفی جذاب برای این دانشمندان تبدیل شود. WASP-18 b یکی از پرجرمترین جهانهایی است که می‌توانیم جو آن را بررسی کنیم. اخترشناسان در تلاشند تا بفهمند چنین سیاراتی چگونه شکل می‌گیرند و در منظومه‌هایشان قرار می‌گیرند. این نیز چند پاسخ اولیه از وب دارد.

“با تجزیه و تحلیل طیف WASP-18 b، ما نه تنها در مورد مولکولهای مختلفی که می‌توان در جو آن یافت می‌شود، بلکه در مورد نحوه شکل گیری آن نیز یاد می‌گیریم. از مشاهدات خود دریافتیم که ترکیب WASP-18 b بسیار شبیه به ترکیب آن است. ستاره، به این معنی که به احتمال زیاد از گاز باقیمانده‌ای که درست پس از تولد ستاره وجود داشته، شکل گرفته است.” این نتایج برای به دست آوردن تصویر واضحی از چگونگی پیدایش سیارات عجیبی مانند WASP-18 b که هیچ مشابهی در منظومه شمسی ما ندارند بسیار ارزشمند است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

NIRISS instrument on Webb maps an ultra-hot Jupiter-like exoplanet’s atmosphere

by University of Montreal MAY 31, 2023

https://phys.org/news/2023-05-niriss-instrument-webb-ultra-hot-jupiter-like.html