กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ของ NASA/ESA/CSA ทำคะแนนได้เป็นอันดับแรก นั่นคือ ภาพโมเลกุลและเคมีของท้องฟ้าในโลกอันห่างไกล ขณะที่เวบบ์และกล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่นๆ รวมถึง NASA/ESA กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลก่อนหน้านี้ได้เปิดเผยส่วนผสมที่แยกออกจากชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ร้อนดวงนี้ ค่าที่อ่านได้ใหม่ให้รายการอะตอม โมเลกุล และแม้แต่สัญญาณของเคมีและเมฆที่แอคทีฟครบถ้วน ข้อมูลล่าสุดยังบอกเป็นนัยว่าเมฆเหล่านี้อาจมองดูในระยะใกล้ได้อย่างไร โดยแยกออกเป็นชิ้นๆ แทนที่จะเป็นผ้าห่มผืนเดียวกันทั่วดาวเคราะห์
อุปกรณ์ที่ไวต่อการสัมผัสของกล้องโทรทรรศน์นี้ได้รับการฝึกฝนในบรรยากาศของ WASP-39 b ซึ่งเป็น “ดาวเสาร์ร้อน” (ดาวเคราะห์ที่มีมวลพอๆ กับดาวเสาร์ แต่อยู่ในวงโคจรที่แคบกว่าดาวพุธ) ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ห่างออกไปประมาณ 700 ปีแสง ขนาดดาวเสาร์นี้ ดาวเคราะห์นอกระบบ เป็นหนึ่งในการสำรวจครั้งแรกโดย NASA/ESA/CSA กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ เมื่อเริ่มปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ตามปกติ ผลลัพธ์ที่ได้สร้างความตื่นตาตื่นใจให้กับชุมชนวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบ เครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนอย่างประณีตของเวบบ์ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศของ WASP-39 b และระบุเนื้อหาได้มากมาย รวมถึง น้ำ, ซัลเฟอร์ไดออกไซด์, คาร์บอนมอนอกไซด์, โซเดียม และโพแทสเซียม
การค้นพบนี้เป็นลางดีสำหรับความสามารถของเครื่องมือของเวบบ์ในการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในวงกว้าง เช่น ดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์อื่นๆ ที่ชุมชนวิทยาศาสตร์หวังไว้ นั่นรวมถึงการสำรวจบรรยากาศของดาวเคราะห์หินขนาดเล็กเช่นในระบบ TRAPPIST-1
“เราสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยเครื่องมือหลายอย่างซึ่งร่วมกันครอบคลุมสเปกตรัมอินฟราเรดกว้างๆ และกลุ่มลายนิ้วมือเคมีที่ไม่สามารถเข้าถึงได้จนกระทั่ง JWST” นาตาลี บาตาลฮา นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ ซึ่งมีส่วนสนับสนุนและช่วยประสานงานการวิจัยครั้งใหม่นี้ กล่าว “ข้อมูลเช่นนี้เป็นตัวเปลี่ยนเกม”
ชุดการค้นพบนี้มีรายละเอียดอยู่ในชุดเอกสารทางวิทยาศาสตร์ใหม่ XNUMX ชิ้น โดย XNUMX ชิ้นอยู่ในระหว่างตีพิมพ์ และ XNUMX ชิ้นอยู่ระหว่างการพิจารณา ท่ามกลางการเปิดเผยที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนคือการตรวจพบครั้งแรกในบรรยากาศนอกระบบดาวเคราะห์ของ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่ถูกกระตุ้นโดยแสงพลังงานสูงจากดาวฤกษ์แม่ของดาวเคราะห์ บนโลก ชั้นโอโซนป้องกันในชั้นบรรยากาศชั้นบนถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกัน
“นี่เป็นครั้งแรกที่เราได้เห็นหลักฐานที่เป็นรูปธรรมของโฟโตเคมี – ปฏิกิริยาเคมีที่เริ่มต้นโดยแสงดาวฤกษ์ที่มีพลัง – บนดาวเคราะห์นอกระบบ” ซาง-มิน ไช่ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ในสหราชอาณาจักรและเป็นผู้เขียนรายงานฉบับนี้ ซึ่งอธิบายที่มาของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของ WASP-39 b กล่าว “ฉันเห็นว่านี่เป็นแนวโน้มที่ดีจริงๆ สำหรับการพัฒนาความเข้าใจของเรา บรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ ด้วย [ภารกิจนี้]”
สิ่งนี้นำไปสู่สิ่งแรก: นักวิทยาศาสตร์ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของโฟโตเคมีกับข้อมูลที่จำเป็นต้องอธิบายฟิสิกส์ดังกล่าวอย่างครบถ้วน การปรับปรุงที่เกิดขึ้นในการสร้างแบบจำลองจะช่วยสร้างความรู้ทางเทคโนโลยีที่จำเป็นในการตีความสัญญาณที่อาจเกิดขึ้นของความสามารถในการอยู่อาศัยได้ในอนาคต
“ดาวเคราะห์ถูกแกะสลักและเปลี่ยนรูปโดยการโคจรรอบภายในอ่างรังสีของดาวฤกษ์แม่” บาตาลฮากล่าวว่า “บนโลกนี้ การเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นทำให้ชีวิตเจริญรุ่งเรือง”
ความใกล้ชิดระหว่างดาวเคราะห์กับดาวฤกษ์แม่ ซึ่งใกล้กว่าถึง XNUMX เท่า ดาวพุธ เป็นของเรา ดวงอาทิตย์ - ยังทำให้เป็นห้องปฏิบัติการสำหรับศึกษาผลกระทบของรังสีจากดาวฤกษ์แม่บนดาวเคราะห์นอกระบบ ความรู้ที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการเชื่อมต่อระหว่างดาวฤกษ์กับดาวเคราะห์ควรนำมาซึ่งความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นว่ากระบวนการเหล่านี้ส่งผลต่อความหลากหลายของดาวเคราะห์ที่สังเกตพบในกาแลคซีอย่างไร
องค์ประกอบในชั้นบรรยากาศอื่นๆ ที่ตรวจพบโดยกล้องโทรทรรศน์เวบบ์ ได้แก่ โซเดียม (Na) โพแทสเซียม (K) และไอน้ำ (H2O) ซึ่งยืนยันการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศและภาคพื้นดินก่อนหน้านี้ ตลอดจนการค้นหาลายนิ้วมือของน้ำเพิ่มเติมที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่านี้ ที่ไม่เคยเห็นมาก่อน
เวบบ์ก็เห็นเช่นกัน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ความละเอียดสูงกว่า โดยให้ข้อมูลเป็นสองเท่าของรายงานจากการสังเกตครั้งก่อน ในขณะเดียวกัน ตรวจพบคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) แต่ไม่มีลายเซ็นที่ชัดเจนของทั้งมีเทน (CH4) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) จากข้อมูลเว็บบ์ หากมีอยู่โมเลกุลเหล่านี้จะเกิดขึ้นในระดับที่ต่ำมาก
เพื่อจับภาพสเปกตรัมกว้างของชั้นบรรยากาศ WASP-39 b ทีมงานระหว่างประเทศซึ่งมีจำนวนหลายร้อยคนได้วิเคราะห์ข้อมูลอย่างอิสระจากโหมดอุปกรณ์สี่โหมดที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดของกล้องโทรทรรศน์เวบบ์
“เราคาดการณ์ไว้แล้วว่า [กล้องโทรทรรศน์] จะแสดงอะไรให้เราเห็น แต่มันแม่นยำกว่า หลากหลายกว่า และสวยงามกว่าที่ฉันคิดไว้จริงๆ” ฮันนาห์ เวคฟอร์ด นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบริสตอล ในสหราชอาณาจักร ผู้ตรวจสอบบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ กล่าว
การมีรายชื่อส่วนผสมทางเคมีที่ครบถ้วนในชั้นบรรยากาศนอกระบบดาวเคราะห์ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นปริมาณธาตุต่างๆ ที่สัมพันธ์กัน เช่น อัตราส่วนคาร์บอนต่อออกซิเจน หรืออัตราส่วนโพแทสเซียมต่อออกซิเจน ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจได้ว่าดาวเคราะห์ดวงนี้และบางทีอาจเป็นดวงอื่น ๆ ก่อตัวขึ้นจากจานก๊าซและฝุ่นที่อยู่รอบดาวฤกษ์แม่เมื่ออายุยังน้อยได้อย่างไร
บัญชีสารเคมีของ WASP-39 b แสดงให้เห็นประวัติของการแตกตัวและการรวมตัวกันของวัตถุขนาดเล็กที่เรียกว่าดาวเคราะห์น้อยเพื่อสร้างดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ในที่สุด
“ความอุดมสมบูรณ์ของกำมะถัน [เทียบกับ] ไฮโดรเจนบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์น่าจะมีประสบการณ์การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของดาวเคราะห์ที่สามารถส่ง [ส่วนผสมเหล่านี้] สู่ชั้นบรรยากาศได้” กล่าว Kazumasa Ohno นักวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบ UC Santa Cruz ที่ทำงานเกี่ยวกับข้อมูล Webb “ข้อมูลยังบ่งชี้ว่าออกซิเจนมีปริมาณมากกว่าคาร์บอนในชั้นบรรยากาศมาก นี่อาจบ่งบอกได้ว่า WASP-39 b เดิมก่อตัวอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ใจกลางมาก"
ด้วยการเปิดเผยรายละเอียดของบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบอย่างแม่นยำ เครื่องมือของกล้องโทรทรรศน์เวบบ์จึงทำงานได้ดีเกินความคาดหมายของนักวิทยาศาสตร์ และสัญญาว่าจะเป็นขั้นตอนใหม่ของการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่หลากหลายใน กาแล็กซี.
“เราจะสามารถเห็นภาพใหญ่ของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบได้” กล่าวว่า ลอร่า แฟลกก์ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคอร์เนล และสมาชิกทีมนานาชาติ “มันน่าตื่นเต้นมากที่ได้รู้ว่าทุกอย่างกำลังจะถูกเขียนใหม่ นั่นเป็นหนึ่งในส่วนที่ดีที่สุดของการเป็นนักวิทยาศาสตร์”
การอ้างอิงวารสาร:
- ลิลี่ อัลเดอร์สัน และคณะ วิทยาศาสตร์การเผยแพร่เบื้องต้นของดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-39b ด้วย JWST NIRSpec G395H ดอย: 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov และคณะ วิทยาศาสตร์การเผยแพร่เบื้องต้นของดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-39b ด้วย JWST NIRSpec PRISM ดอย: 10.48550/arXiv.2211.10487
- เอวา-มาเรีย อาห์เรอร์ และคณะ วิทยาศาสตร์การเผยแพร่เบื้องต้นของดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-39b ด้วย JWST NIRCam ดอย: 10.48550/arXiv.2211.10489
- เอดินา ดี. ไฟน์สไตน์ และคณะ วิทยาศาสตร์การเผยแพร่ครั้งแรกของดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-39b กับ JWST NIRISS ดอย: 10.48550/arXiv.2211.10493
- ซางมิน ไช่ และคณะ หลักฐานโดยตรงของโฟโตเคมีในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบ ดอย: 10.48550/arXiv.2211.10490
