وب جو سیاره فراخورشیدی را نشان می دهد که قبلاً هرگز دیده نشده بود

تلسکوپ فضایی NASA/ESA/CSA جیمز وب اولین امتیاز را به دست آورد: یک پرتره مولکولی و شیمیایی از آسمان های دوردست جهان. در حالی که وب و سایر تلسکوپ های فضایی، از جمله ناسا/ESA تلسکوپ فضایی هابل، قبلاً اجزای جدا شده اتمسفر این سیاره گرم شده را نشان داده اند، خوانش های جدید فهرست کاملی از اتم ها، مولکول ها و حتی نشانه هایی از شیمی فعال و ابرها را ارائه می دهند. آخرین داده ها همچنین نشان می دهد که چگونه این ابرها ممکن است از نزدیک به نظر برسند: شکسته شده و نه به عنوان یک پتوی یکنواخت بر روی سیاره.

ابزار حساس این تلسکوپ بر روی جو WASP-39 b، یک "زحل داغ" (سیاره ای به جرم زحل اما در مداری تنگ تر از عطارد) که به دور ستاره ای در فاصله 700 سال نوری از ما می چرخد، آموزش دیده اند. این به اندازه زحل سیارات خارجی یکی از اولین مواردی بود که توسط NASA/ESA/CSA مورد بررسی قرار گرفت تلسکوپ فضایی جیمز وب زمانی که عملیات علمی منظم را آغاز کرد. نتایج، جامعه علم سیارات فراخورشیدی را هیجان زده کرده است. ابزارهای بسیار حساس وب نمایه ای از ترکیبات جوی WASP-39 b ارائه کرده اند و محتویات زیادی را شناسایی کرده اند، از جمله آب، دی اکسید گوگرد، مونوکسید کربن، سدیم و پتاسیم.

این یافته‌ها نوید خوبی برای توانایی ابزارهای وب برای انجام طیف وسیعی از تحقیقات سیارات فراخورشیدی - سیارات اطراف ستاره‌های دیگر - است که جامعه علمی امیدوار است. این شامل کاوش در اتمسفر سیارات سنگی کوچکتر مانند سیارات TRAPPIST-1 می شود.

ما سیاره فراخورشیدی را با ابزارهای متعددی مشاهده کردیم که با هم طیف وسیعی از طیف مادون قرمز و مجموعه‌ای از اثرانگشت‌های شیمیایی غیرقابل دسترس تا JWST را پوشش می‌دهند. ناتالی باتالها، ستاره شناس دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، که در هماهنگی تحقیقات جدید مشارکت داشت و به آنها کمک کرد، گفت. "داده هایی مانند اینها یک تغییر دهنده بازی هستند."

مجموعه اکتشافات در مجموعه ای از پنج مقاله علمی جدید به تفصیل آمده است که سه مورد از آنها در حال چاپ و دو مورد در دست بررسی است. از جمله افشاگری های بی سابقه، اولین کشف در جو سیاره فراخورشیدی است دی اکسید گوگرد، مولکولی که از واکنش های شیمیایی ایجاد شده توسط نور پرانرژی ستاره مادر این سیاره ایجاد می شود. در زمین، لایه محافظ اوزون در بالای جو به روشی مشابه ایجاد می شود.

این اولین باری است که شواهد ملموسی از فتوشیمی – واکنش‌های شیمیایی آغاز شده توسط نور پرانرژی ستاره‌ای – در سیارات فراخورشیدی را می‌بینیم.» شانگ مین تسای، محقق دانشگاه آکسفورد در بریتانیا و نویسنده اصلی مقاله که منشا دی اکسید گوگرد را در جو WASP-39 b توضیح می دهد، گفت. "من این را به عنوان یک چشم انداز واقعا امیدوارکننده برای پیشبرد درک خود می بینم جو سیارات فراخورشیدی با [این مأموریت].»

این به اولین مورد دیگر منجر شد: دانشمندان مدل‌های کامپیوتری فتوشیمی را برای داده‌هایی که نیاز به توضیح کامل چنین فیزیک دارند، به کار می‌برند. بهبودهای حاصل در مدل‌سازی به ایجاد دانش فنی مورد نیاز برای تفسیر نشانه‌های بالقوه سکونت‌پذیری در آینده کمک می‌کند.

سیارات با چرخش در حمام تشعشعی ستاره میزبان مجسمه سازی و تبدیل می شوند. بطالها گفت. «روی زمین، آن دگرگونی‌ها به زندگی اجازه می‌دهد تا رشد کند.»

نزدیکی سیاره به ستاره میزبانش - هشت برابر نزدیکتر از عطارد به ما است خورشید - همچنین آن را به آزمایشگاهی برای مطالعه اثرات تشعشعات ستاره های میزبان بر روی سیارات فراخورشیدی تبدیل می کند. شناخت بهتر ارتباط ستاره-سیاره باید درک عمیق تری از چگونگی تأثیر این فرآیندها بر تنوع سیارات مشاهده شده در کهکشان به ارمغان آورد.

سایر اجزای جوی شناسایی شده توسط تلسکوپ وب عبارتند از سدیم (Na)، پتاسیم (K) و بخار آب (H2O) که مشاهدات قبلی تلسکوپ فضایی و زمینی و همچنین یافتن اثر انگشت اضافی از آب را در این طول موج‌های بلندتر تأیید می‌کند. که قبلا دیده نشده اند

وب هم دید دی اکسید کربن (CO2) با وضوح بالاتر، دو برابر داده های گزارش شده از مشاهدات قبلی خود را ارائه می دهد. در همین حال، مونوکسید کربن (CO) شناسایی شد، اما نشانه‌های آشکار متان (CH4) و سولفید هیدروژن (H2S) در داده‌های وب وجود نداشت. اگر وجود داشته باشد، این مولکول ها در سطوح بسیار پایین ظاهر می شوند.

برای به تصویر کشیدن این طیف وسیع از جو WASP-39 b، یک تیم بین المللی که صدها نفر بودند به طور مستقل داده های چهار حالت ابزار دقیق کالیبره شده تلسکوپ وب را تجزیه و تحلیل کردند.

ما پیش‌بینی کرده بودیم که [تلسکوپ] چه چیزی را به ما نشان می‌دهد، اما دقیق‌تر، متنوع‌تر و زیباتر از آن چیزی بود که فکر می‌کردم واقعاً باشد.» هانا ویکفورد، اخترفیزیکدان دانشگاه بریستول در بریتانیا که جو سیارات فراخورشیدی را بررسی می کند، گفت.

داشتن چنین فهرست کاملی از مواد شیمیایی در جو سیاره فراخورشیدی همچنین به دانشمندان نگاهی اجمالی به فراوانی عناصر مختلف در رابطه با یکدیگر می دهد، مانند نسبت کربن به اکسیژن یا نسبت پتاسیم به اکسیژن. این به نوبه خود بینشی در مورد چگونگی تشکیل این سیاره - و شاید سایر سیاره ها - از دیسک گاز و غبار اطراف ستاره مادر در سال های جوانی ارائه می دهد.

فهرست شیمیایی WASP-39 b تاریخچه ای از درهم شکستن و ادغام اجرام کوچکتر به نام سیاره کوچک برای ایجاد یک جالوت نهایی یک سیاره را نشان می دهد.

گفت: «فراوانی گوگرد [نسبت به] هیدروژن نشان داد که این سیاره احتمالاً تجمع قابل توجهی از سیاره‌های کوچک را تجربه کرده است که می‌توانند [این مواد] را به جو برسانند». کازوماسا اوهنو، محقق سیارات فراخورشیدی UC سانتا کروز که روی داده های وب کار می کرد. داده‌ها همچنین نشان می‌دهند که اکسیژن بسیار بیشتر از کربن موجود در جو است. این به طور بالقوه نشان می دهد که WASP-39 b در ابتدا بسیار دور از ستاره مرکزی شکل گرفته است.

ابزار تلسکوپ وب با آشکار کردن دقیق جزئیات جو سیاره فراخورشیدی بسیار فراتر از انتظارات دانشمندان عمل کرد - و نوید مرحله جدیدی از کاوش در طیف گسترده ای از سیارات فراخورشیدی را می دهد. کهکشان.

"ما قادر خواهیم بود تصویر بزرگ جو سیارات فراخورشیدی را ببینیم." گفت: لورا فلگ، محقق دانشگاه کرنل و یکی از اعضای تیم بین المللی. این فوق العاده هیجان انگیز است که بدانیم همه چیز بازنویسی خواهد شد. این یکی از بهترین بخش‌های دانشمند بودن است.»

مراجع مجله:

1. لیلی آلدرسون و همکاران علم انتشار زودهنگام سیاره فراخورشیدی WASP-39b با JWST NIRSpec G395H. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10488
2. Z. Rustamkulov و همکاران. علم انتشار زودهنگام سیاره فراخورشیدی WASP-39b با JWST NIRSpec PRISM. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10487
3. اوا ماریا اهرر و همکاران علم انتشار زودهنگام سیاره فراخورشیدی WASP-39b با JWST NIRCam. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10489
4. آدینا دی. فاینشتاین و همکاران. علم انتشار زودهنگام سیاره فراخورشیدی WASP-39b با JWST NIRISS. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10493
5. شانگ مین تسای و همکاران شواهد مستقیم از فتوشیمی در جو سیاره فراخورشیدی. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10490