کشف آب توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب در اتمسفر سیاره فراخورشیدی عجیب و غریب «کوچکتر از نپتون»

من تمام دوران حرفه‌ای‌ام را منتظر وب بودم تا بتوانیم به طور معناداری جو این سیارات کوچک‌تر را توصیف کنیم.

این طرح هنری نشان می‌دهد که سیاره فراخورشیدی داغ کوچکتر از نپتونی TOI-421 b چه شکلی می‌تواند باشد. اعتبار تصویر: ناسا، ESA، CSA، دنی پلیر (STScI))

یک مطالعه جدید گزارش می‌دهد که تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) در اتمسفر یک سیاره بیگانه دوردست آب پیدا کرده است.

آن دنیای عجیب و غریب TOI-421 b است، یک “سیاره فراخورشیدی کوچکتر از نپتون” داغ که به دور ستاره‌ای در فاصله حدود ۲۴۴ سال نوری از زمین می‌چرخد و جیمزوب اخیراً اتمسفرآن را به طور دقیق بررسی کرده است.

تیم مطالعه در مقاله خود که روز دوشنبه (۵ می) در مجله Astronomical Journal Letters منتشر شد، نوشت: “یکی از هیجان‌انگیزترین چشم‌اندازها در علم سیارات فراخورشیدی امروز، کشف منشأ و ترکیب سیارات فراخورشیدی کوچکتر از نپتون است، سیاراتی با فراوانی بالا که هیچ مشابهی در منظومه شمسی ندارند.”

اگرچه جیمزوب به طور خاص برای این نوع تحقیقات طراحی شده است، اما این کشف به ویژه هیجان‌انگیز است زیرا اطلاعات کمی در مورد این دسته از سیارات وجود دارد که برای اولین بار توسط تلسکوپ فضایی پیشگام کپلر ناسا شناسایی شدند. قبل از جیمزوب، تلاش‌ها برای مطالعه جو سیارات کوچکتر از نپتون با استفاده از طیف‌های عبوری – اندازه‌گیری نور ستاره‌ای که هنگام عبور از مقابل ستاره میزبان از جو سیاره فیلتر می‌شود – اغلب طیف‌های مسطح یا بدون ویژگی را به همراه داشت.

بنابراین، به جای نشان دادن اثر انگشت شیمیایی که می‌تواند وجود مولکول‌های جوی مانند دی‌اکسید کربن، متان یا بخار آب را نشان دهد، طیف‌های سیارات فراخورشیدی کوچکتر ازنپتون‌ عموماً اطلاعات مفید کمی ارائه داده‌اند. ستاره‌شناسان اظهار داشتند که این کمبود جزئیات ممکن است به دلیل ابرها یا مه باشد که می‌توانند سیگنال‌ها را مبهم کنند.

اما تیم مطالعه فکر می‌کرد که TOI-421 b ممکن است متفاوت باشد و بنابراین می‌تواند فرصتی بی‌نظیر ارائه دهد.

الیزا کمپتون، محقق اصلی و استاد نجوم در دانشگاه مریلند، در بیانیه‌ای گفت: «چرا ما این سیاره، TOI-421 b، را بررسی کردیم؟ به این دلیل بود که فکر می‌کردیم شاید مه نداشته باشد و دلیل آن این است که برخی داده‌های قبلی وجود داشت که نشان می‌داد شاید سیارات [کوچکتر از نپتون] در یک محدوده دمایی خاص، کمتر از سایرین در معرض مه یا ابر قرار دارند.

مشاهدات قبلی با تلسکوپ فضایی هابل ناسا نشان داده بود که ویژگی‌های طیفی مسطح در بین سیارات فراخورشیدی کوچکتر از نپتون با دمای کمتر از حدود ۱۰۷۰ درجه فارنهایت (۵۷۷ درجه سانتیگراد) رایج است.

این تیم در مطالعه جدید نوشت: «انتظار می‌رود سیارات فراخورشیدی کوچکتر از نپتون داغ‌تر [از این آستانه] نیز عاری از مه باشند، زیرا متان و بنابراین پیش‌سازهای هیدروکربنی تشکیل مه، باید با تبدیل شدن مونوکسید کربن به مولکول غالب حاوی کربن، فراوانی کمتری داشته باشند.

TOI-421 b، با دمای جوی تخمینی ۱۳۴۰ درجه فارنهایت (۷۲۷ درجه سانتیگراد)، در این دسته بالقوه عاری از مه قرار می‌گیرد و پس از مشاهده دو گذر با استفاده از طیف‌نگار نزدیک به فروسرخ و تصویرگر نزدیک به فروسرخ و طیف‌نگار وب، تیم با یک نمایه جوی غنی سورپرایز شد.

برایان داونپورت، دانشجوی دکترا در دانشگاه مریلند که تجزیه و تحلیل اولیه داده‌ها را انجام داده است، در همان بیانیه گفت: «ما ویژگی‌های طیفی را دیدیم که به گازهای مختلف نسبت می‌دهیم و این به ما امکان داد تا ترکیب جو را تعیین کنیم.»

این تیم بخار آب را در جو TOI-421 b به همراه نشانه‌های احتمالی مونوکسید کربن و دی اکسید گوگرد شناسایی کرد. نکته قابل توجه این است که آنها شواهدی از متان یا دی اکسید کربن پیدا نکردند. داده‌ها همچنین نشان می‌دهند که جو حاوی مقدار قابل توجهی هیدروژن است.

برخی از این یافته‌ها تعجب‌آور هستند و نظریه‌های موجود را به چالش می‌کشند.

کمپتون گفت: «ما اخیراً به این ایده رسیده بودیم که آن چند سیاره فراخورشیدی کوچکتر از نپتون اول مشاهده شده توسط وب، جوهای مولکولی سنگین دارند، بنابراین این به انتظار ما تبدیل شده بود و سپس خلاف آن را یافتیم.» این بدان معناست که TOI-421 b ممکن است متفاوت از سیارات فراخورشیدی کوچکتر از نپتون‌ خنک‌تر، مانند TOI-270 d که قبلاً مشاهده شده بود، شکل گرفته و تکامل یافته باشد.

جو غنی از هیدروژن به ویژه جذاب است زیرا ترکیب ستاره میزبان TOI-421 b را به خوبی منعکس می‌کند.

کمپتون گفت: «اگر همان گازی را که ستاره میزبان را تشکیل داده است، بردارید، آن را روی جو یک سیاره قرار دهید و آن را در دمای بسیار خنک‌تر این سیاره قرار دهید، همان ترکیب گازها را به دست خواهید آورد. این فرآیند بیشتر با سیارات غول‌پیکر منظومه شمسی ما مطابقت دارد و با سایر سیارات فراخورشیدی کوچکتر از نپتون‌هایی متفاوت است که تاکنون با وب مشاهده شده‌اند.»

او ادامه داد: «من تمام دوران کاری‌ام منتظر وب بودم تا بتوانیم به طور معناداری جو این سیارات کوچک‌تر را توصیف کنیم. با مطالعه جو آنها، درک بهتری از چگونگی شکل‌گیری و تکامل سیارات فراخورشیدی کوچکتر از نپتون به دست می‌آوریم و اینکه چرا آنها در منظومه شمسی ما وجود ندارند.»

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

James Webb Space Telescope finds water in the air of exotic ‘sub-Neptune’ exoplanet

https://www.space.com/astronomy/james-webb-space-telescope/james-webb-space-telescope-finds-water-in-the-air-of-exotic-sub-neptune-exoplanet