NASA/ESA/CSA James Webbi kosmoseteleskoop saavutas veel ühe esimese tulemuse: molekulaarse ja keemilise portree kauge maailma taevast. Kuigi Webb ja teised kosmoseteleskoobid, sealhulgas NASA/ESA Hubble'i kosmoseteleskoop, on varem paljastanud selle kuumutatud planeedi atmosfääri isoleeritud koostisosad, uued näidud pakuvad täielikku menüüd aatomitest, molekulidest ning isegi aktiivse keemia ja pilvede tunnustest. Värskeimad andmed viitavad ka sellele, kuidas need pilved võivad lähedalt välja näha: pigem purunenud kui ühtse ühtlase tekina planeedi kohal.
Teleskoobi vastuvõtlikud instrumendid olid treenitud umbes 39 valgusaasta kaugusel asuva tähe ümber tiirleva "kuuma Saturni" (umbes sama massiivse planeedi kui Saturn, kuid orbiidil Merkuurist tihedam) WASP-700 b atmosfääris. See Saturni suurune eksoplaneet oli üks esimesi, mida NASA/ESA/CSA uuris James Webb kosmoseteleskoop kui see alustas regulaarseid teadusoperatsioone. Tulemused on eksoplaneedi teadusringkondades erutanud. Webbi ülitundlikud instrumendid on andnud ülevaate WASP-39 b atmosfääri koostisosadest ja tuvastanud hulga sisu, sealhulgas vesi, vääveldioksiid, süsinikmonooksiid, naatrium ja kaalium.
Leiud viitavad hästi Webbi instrumentide suutlikkusele viia läbi laiaulatuslikke eksoplaneetide – teiste tähtede ümber asuvate planeetide – uurimisi, mida teadusringkond loodab. See hõlmab ka väiksemate kiviste planeetide, näiteks TRAPPIST-1 süsteemis olevate planeetide atmosfääri sondeerimist.
"Me vaatlesime eksoplaneeti mitme instrumendiga, mis koos katavad laia infrapunaspektri ja hulga keemilisi sõrmejälgi, mis olid kuni JWST-ni kättesaamatud," ütles Santa Cruzi California ülikooli astronoom Natalie Batalha, kes aitas kaasa uutele uuringutele ja aitas seda koordineerida. "Sellised andmed muudavad mängu."
Avastuste komplekti kirjeldatakse üksikasjalikult viiest uuest teadusartiklist koosnevas komplektis, millest kolm on trükis ja kaks on läbivaatamisel. Enneolematute ilmutuste hulgas on esimene avastamine eksoplaneedi atmosfääris vääveldioksiid, molekul, mis on toodetud keemiliste reaktsioonide tulemusena, mille käivitab planeedi algtähe kõrge energiaga valgus. Maal tekib kaitsev osoonikiht atmosfääri ülemistes kihtides sarnaselt.
"See on esimene kord, kui me näeme eksoplaneetidel konkreetseid tõendeid fotokeemiast - keemilistest reaktsioonidest, mille algatab energeetiline tähevalgus." ütles Shang-Min Tsai, Ühendkuningriigi Oxfordi ülikooli teadlane ja WASP-39 b atmosfääris leiduva vääveldioksiidi päritolu selgitava artikli juhtiv autor. "Ma näen seda väga paljutõotava väljavaatena meie arusaamise edendamiseks eksoplaneedi atmosfäärid [selle missiooniga].
See viis teiseni: teadlased rakendasid fotokeemia arvutimudeleid andmetele, mis nõuavad sellise füüsika täielikku selgitamist. Sellest tulenevad modelleerimise täiustused aitavad luua tehnoloogilist oskusteavet, mis on vajalik võimalike elamiskõlblikkuse märkide tõlgendamiseks tulevikus.
"Planeedid kujundatakse ja muudetakse peremeestähe kiirgusvannis tiirledes." ütles Batalha. "Maal võimaldavad need muutused elul areneda."
Planeedi lähedus peremeestähele — kaheksa korda lähemal kui Merkuur on meie jaoks Sun — teeb sellest ka laboratooriumi peremeestähtede kiirguse mõju uurimiseks eksoplaneetidele. Paremad teadmised tähe ja planeedi ühendusest peaksid tooma sügavama arusaama sellest, kuidas need protsessid mõjutavad galaktikas vaadeldavate planeetide mitmekesisust.
Teiste Webbi teleskoobiga tuvastatud atmosfääri koostisosade hulka kuuluvad naatrium (Na), kaalium (K) ja veeaur (H2O), mis kinnitab varasemaid kosmose- ja maapealse teleskoobi vaatlusi ning leiab nendel pikematel lainepikkustel täiendavaid veesõrmejälgi, mida pole varem nähtud.
Webb nägi ka süsinikdioksiid (CO2) kõrgema eraldusvõimega, pakkudes kaks korda rohkem andmeid kui varasematest vaatlustest. Vahepeal tuvastati süsinikmonooksiid (CO), kuid Webbi andmetes puudusid nii metaani (CH4) kui ka vesiniksulfiidi (H2S) ilmsed allkirjad. Kui need on olemas, esinevad need molekulid väga madalal tasemel.
Selle laia spektri WASP-39 b atmosfääri jäädvustamiseks analüüsis sadadeni ulatuv rahvusvaheline meeskond sõltumatult Webbi teleskoobi nelja peenelt kalibreeritud instrumendi režiimi andmeid.
"Me ennustasime, mida [teleskoop] meile näitab, kuid see oli täpsem, mitmekesisem ja ilusam, kui ma arvasin, et see oleks," ütles Hannah Wakeford, Ühendkuningriigi Bristoli ülikooli astrofüüsik, kes uurib eksoplaneetide atmosfääri.
Sellise täieliku keemiliste koostisosade nimekirja olemasolu eksoplaneedi atmosfääris annab teadlastele ka ülevaate erinevate elementide rohkusest üksteise suhtes, nagu süsiniku ja hapniku või kaaliumi ja hapniku suhe. See omakorda annab ülevaate sellest, kuidas see planeet – ja võib-olla ka teised – tekkisid ematähte ümbritsevast gaasi- ja tolmukettast selle noorematel aastatel.
WASP-39 b keemiline inventar viitab väiksemate kehade, mida nimetatakse planetesimaalideks, purunemise ja ühinemise ajaloole, et luua planeedi koliaat.
"Väävli rohkus [võrreldes] vesinikuga näitas, et planeedil esines arvatavasti märkimisväärne planetesimaalide kogunemine, mis suudavad [neid koostisosi] atmosfääri viia," ütles ta. Kazumasa Ohno, UC Santa Cruzi eksoplaneetide uurija, kes töötas Webbi andmetega. "Andmed näitavad ka, et hapnikku on atmosfääris palju rohkem kui süsinikku. See viitab potentsiaalselt sellele, et WASP-39 b tekkis algselt kesktähest kaugel.
Avastades täpselt eksoplaneedi atmosfääri üksikasjad, toimisid Webbi teleskoobi instrumendid teadlaste ootustest paremini ja lubasid uut etappi paljude eksoplaneetide uurimisel. galaktika.
"Meil on võimalik näha eksoplaneetide atmosfääri suurt pilti," ütles Laura Flagg, Cornelli ülikooli teadlane ja rahvusvahelise meeskonna liige. “On uskumatult põnev teada, et kõik kirjutatakse ümber. See on teadlaseks olemise üks parimaid osi.
Ajakirja viited:
- Lili Alderson jt. Eksoplaneedi WASP-39b varajase väljalaske teadus koos JWST NIRSpec G395H-ga. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov jt. Eksoplaneedi WASP-39b varajase vabastamise teadus koos JWST NIRSpec PRISM-iga. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10487
- Eva-Maria Ahrer jt. Eksoplaneedi WASP-39b varajase vabastamise teadus koos JWST NIRCamiga. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10489
- Adina D. Feinstein et al. Eksoplaneedi WASP-39b varajase vabastamise teadus koos JWST NIRISSiga. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10493
- Shang-Min Tsai et al. Otsesed tõendid fotokeemia kohta eksoplaneedi atmosfääris. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10490
