NASA/ESA/CSA ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、遠い世界の空の分子的および化学的描写という新たな初の記録を達成しました。 一方、ウェッブやNASA/ESAを含む他の宇宙望遠鏡は、 ハッブル宇宙望遠鏡、これまでにこの加熱された惑星の大気の孤立した成分が明らかになっていましたが、新しい測定値は、原子、分子、さらには活動的な化学や雲の兆候の完全なメニューを提供します。 最新のデータは、これらの雲が間近でどのように見えるか、つまり地球上の単一の均一な毛布としてではなく、バラバラに見える可能性があることを示唆しています。
この望遠鏡の感受性の高い機器は、約39光年離れた恒星の周りを周回する「ホットサターン」（土星とほぼ同じ重さだが水星よりもきつい軌道にある惑星）であるWASP-700 bの大気で訓練された。 この土星サイズの 太陽系外惑星 NASA/ESA/CSAによって最初に検査されたもののXNUMXつでした ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 定期的な科学活動を開始したとき。 この結果は、系外惑星科学コミュニティを興奮させました。 ウェッブの極めて高感度の機器は、WASP-39 b の大気成分のプロファイルを提供し、以下を含む大量の内容物を特定しました。 水、二酸化硫黄、一酸化炭素、ナトリウム、カリウム。
この発見は、ウェッブ氏の機器が、科学界が期待している系外惑星（他の恒星の周囲にある惑星）の広範な調査を実施できることを示す良い前兆だ。 これには、TRAPPIST-1 系にあるような小さな岩石惑星の大気探査も含まれます。
「私たちは、JWSTまでアクセスできなかった広範囲の赤外線スペクトルと大量の化学指紋をカバーするいくつかの機器を使って系外惑星を観察しました。」 カリフォルニア大学サンタクルーズ校の天文学者ナタリー・バターリャ氏は、新たな研究に貢献し、調整を手伝った人物だと語った。 「このようなデータはゲームチェンジャーです。」
一連の発見は、一連の XNUMX つの新しい科学論文で詳しく説明されており、そのうち XNUMX つは出版中で、XNUMX つは審査中です。 前例のない発見の中には、系外惑星の大気中での最初の検出も含まれます。 二酸化硫黄、惑星の親星からの高エネルギー光によって引き起こされる化学反応によって生成される分子。 地球上では、大気上層に保護オゾン層が同様の方法で形成されます。
「系外惑星上で、光化学（高エネルギーの恒星の光によって引き起こされる化学反応）の具体的な証拠を確認したのはこれが初めてです。」 英国のオックスフォード大学の研究者であり、WASP-39 bの大気中の二酸化硫黄の起源を説明する論文の筆頭著者であるシャンミン・ツァイ氏は述べた。 「これは、私たちの理解を進める上で非常に有望な見通しであると考えています。 系外惑星の大気 [この使命]で。」
これは、科学者が光化学のコンピューター モデルを、そのような物理学を完全に説明する必要があるデータに適用するという、別の初の試みにつながりました。 その結果得られるモデリングの改善は、将来の居住可能性の潜在的な兆候を解釈するために必要な技術的ノウハウの構築に役立ちます。
「惑星は主星の放射線浴内を周回することによって彫刻され、変形します。」 バターリャ氏は語った。 「地球では、こうした変化によって生命の繁栄が可能になっています。」
惑星は主星に近接しており、主星よりもXNUMX倍近い マーキュリー 私たちのものです 日 —また、主星からの放射線が系外惑星に及ぼす影響を研究するための実験室にもなります。 星と惑星の関係についての知識が深まれば、これらのプロセスが銀河内で観察される惑星の多様性にどのような影響を与えるかについて、より深い理解が得られるはずです。
ウェッブ望遠鏡で検出された他の大気成分には、ナトリウム (Na)、カリウム (K)、水蒸気 (H2O) が含まれており、これまでの宇宙および地上の望遠鏡観測が裏付けられるとともに、これらより長い波長で追加の水の痕跡も発見されています。これまでに見たことのないものです。
ウェッブも見た 二酸化炭素 (CO2) をより高い解像度で測定し、以前の観測で報告された量の 4 倍のデータを提供します。 一方、一酸化炭素 (CO) は検出されましたが、メタン (CH2) と硫化水素 (HXNUMXS) の両方の明らかな兆候はウェッブ データにはありませんでした。 これらの分子は、存在する場合でも非常に低レベルで存在します。
WASP-39 b の大気のこの広範囲のスペクトルを捉えるために、数百人からなる国際チームは、ウェッブ望遠鏡の細かく校正された XNUMX つの機器モードからのデータを個別に分析しました。
「私たちは（望遠鏡が）何を見せてくれるのか予測していましたが、それは実際に私が信じていたよりも正確で、より多様性があり、そしてより美しかったです。」 英国のブリストル大学で系外惑星の大気を研究している天体物理学者ハンナ・ウェイクフォード氏は言う。
系外惑星の大気中にこのように完全な化学成分が存在することにより、科学者は、炭素と酸素の比率やカリウムと酸素の比率など、相互に関係するさまざまな元素の豊富さを垣間見ることができます。 それは今度は、この惑星、そしておそらく他の惑星が、若い頃に親星を取り囲むガスと塵の円盤からどのように形成されたのかについての洞察を提供します。
WASP-39 b の化学物質目録は、微惑星と呼ばれる小さな天体の粉砕と合体が、最終的に惑星のゴリアテを形成する歴史を示唆しています。
「水素に比べて硫黄が豊富に存在するということは、この惑星ではおそらく大気中に（これらの成分を）届けることができる微惑星のかなりの降着があったことを示している」と同氏は述べた。 大野和正氏はカリフォルニア大学サンタクルーズ校の系外惑星研究者で、ウェッブデータに取り組んだ。 「データはまた、大気中には酸素が炭素よりもはるかに豊富に存在することを示しています。 これは、WASP-39 b がもともと中心星から遠く離れた場所で形成されたことを潜在的に示しています。」
ウェッブ望遠鏡の機器は、系外惑星の大気の詳細を正確に明らかにすることで、科学者の予想をはるかに超えて機能し、地球上の多種多様な系外惑星探査の新たな段階を約束するものでした。 銀河.
「私たちは系外惑星の大気の全体像を見ることができるようになるでしょう。」 と コーネル大学の研究者であり、国際チームのメンバーでもあるローラ・フラッグ氏。 「すべてが書き換えられると知ると、信じられないほど興奮します。 それは科学者であることの最も素晴らしい部分の XNUMX つです。」
ジャーナル参照：
- リリ・アルダーソンらJWST NIRSpec G39H を使用した系外惑星 WASP-395b の早期リリース科学。 土井： 10.48550 / arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulovら。 JWST NIRSpec PRISM を使用した系外惑星 WASP-39b の早期リリース科学。 土井： 10.48550 / arXiv.2211.10487
- エヴァ・マリア・アーラーら。 JWST NIRCam による系外惑星 WASP-39b の早期リリース科学。 土井： 10.48550 / arXiv.2211.10489
- アディーナ・D・ファインスタインら。 JWST NIRISS による系外惑星 WASP-39b の早期リリース科学。 土井： 10.48550 / arXiv.2211.10493
- ツァイ・シャンミン 他系外惑星大気における光化学の直接的な証拠。 土井： 10.48550 / arXiv.2211.10490
