Astronomowie wykorzystali NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do wykrywania asymetrii atmosferycznej w egzoplaneta WASP-107b.
Ta bezprecedensowa obserwacja ujawnia różnice w temperaturze i właściwościach chmur pomiędzy wschodnią i zachodnią stroną planety, co ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia dynamiki atmosfer egzoplanetarnych. Ich odkrycia, które podważają istniejące modele, sugerują ekscytujące złożoności w sposobie, w jaki te planety doświadczają światła słonecznego.
Przełomowe odkrycie w atmosferze egzoplanety
Naukowcy z Uniwersytetu w Arizonie wraz z międzynarodową grupą naukowców obserwowali atmosferę gorącej i wyjątkowo nadmuchanej egzoplanety za pomocą należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Egzoplaneta o rozmiarach mniej więcej Jupiter ale tylko jedna dziesiąta jego masy, ma asymetrię wschód-zachód w atmosferze, co oznacza, że istnieje znacząca różnica między dwoma brzegami jej atmosfery.
Wyniki opublikowano dzisiaj (24 września) w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza.
Odsłonięcie asymetrii wschód-zachód z kosmosu
„Po raz pierwszy w historii zaobserwowano asymetrię wschód-zachód jakiejkolwiek egzoplanety podczas tranzytu przez swoją gwiazdę z kosmosu” – powiedział główny autor badania Matthew Murphy, absolwent Obserwatorium Stewarda na Uniwersytecie Arizony. Tranzyt ma miejsce, gdy planeta przechodzi przed swoją gwiazdą – tak jak Księżyc podczas zaćmienia słońca.
„Myślę, że obserwacje prowadzone z kosmosu mają wiele innych zalet w porównaniu z obserwacjami dokonywanymi z ziemi” – powiedział Murphy.
Badanie dynamiki atmosferycznej
Asymetria wschód-zachód egzoplanety odnosi się do różnic w charakterystyce atmosfery, takich jak temperatura lub właściwości chmur, obserwowanych pomiędzy wschodnią i zachodnią półkulą planety. Ustalenie, czy ta asymetria istnieje, czy nie, ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia klimatu, dynamiki atmosfery i wzorców pogodowych egzoplanet – planet istniejących poza naszym Układem Słonecznym.
Egzoplaneta WASP-107b jest pływowo zsynchronizowana ze swoją gwiazdą. Oznacza to, że egzoplaneta zawsze widzi gwiazdę, wokół której krąży, tą samą twarzą. Jedna półkula egzoplanety zablokowanej pływowo jest zawsze zwrócona w stronę gwiazdy, wokół której krąży, podczas gdy druga półkula jest zawsze zwrócona w stronę przeciwną, co skutkuje stałą stroną dzienną i stałą nocną stroną egzoplanety.
Zaawansowane techniki z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba
Murphy i jego zespół wykorzystali technikę spektroskopii transmisyjnej za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Jest to podstawowe narzędzie, którego astronomowie używają do uzyskiwania wglądu w to, co składa się na atmosfery innych planet, powiedział Murphy. Teleskop wykonał serię zdjęć, gdy planeta przechodziła przed gwiazdą macierzystą, kodując informacje o atmosferze planety. Wykorzystując nowe techniki i niespotykaną precyzję Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, badaczom udało się oddzielić sygnały ze wschodniej i zachodniej strony atmosfery i uzyskać bardziej skupiony obraz konkretnych procesów zachodzących w atmosferze egzoplanety.
„Te zdjęcia mówią nam wiele o gazach w atmosferze egzoplanety, chmurach, strukturze atmosfery, chemii i tym, jak wszystko się zmienia, gdy otrzymuje różną ilość światła słonecznego” – powiedział Murphy.
Egzoplaneta WASP-107b jest wyjątkowa, ponieważ ma bardzo małą gęstość i stosunkowo niską grawitację, co powoduje, że atmosfera jest bardziej rozdęta niż inne egzoplanety o tej masie.
„Nie mamy czegoś takiego w naszym Układzie Słonecznym. Jest wyjątkowy, nawet wśród populacji egzoplanet” – powiedział Murphy.
WASP-107b ma około 890 stopni Fahrenheita – temperatura pośrednia między planetami naszego Układu Słonecznego a najgorętszymi znanymi egzoplanetami.
„Tradycyjnie nasze techniki obserwacyjne nie sprawdzają się tak dobrze w przypadku planet pośrednich, więc pojawiło się wiele ekscytujących otwartych pytań, na które w końcu możemy zacząć odpowiadać” – powiedział Murphy. „Na przykład niektóre z naszych modeli powiedziały nam, że planeta taka jak WASP-107b w ogóle nie powinna mieć takiej asymetrii – więc już uczymy się czegoś nowego”.
Naukowcy badają egzoplanety od prawie dwudziestu lat, a wiele obserwacji zarówno z Ziemi, jak i z przestrzeni kosmicznej pomogło astronomom odgadnąć, jak będzie wyglądać atmosfera egzoplanet, powiedział Thomas Beatty, współautor badania i adiunkt astronomii na uniwersytecie z Wisconsin-Madison.
„Ale tak naprawdę po raz pierwszy widzimy tego typu asymetrie bezpośrednio w postaci spektroskopii transmisyjnej z kosmosu, co jest głównym sposobem, w jaki rozumiemy, z czego zbudowane są atmosfery egzoplanet – to naprawdę niesamowite” – powiedział Beatty .
Murphy i jego zespół pracowali nad zebranymi danymi obserwacyjnymi i planują znacznie bardziej szczegółowe spojrzenie na to, co dzieje się z egzoplanetą, w tym dodatkowe obserwacje, aby zrozumieć, co napędza tę asymetrię.
„W przypadku prawie wszystkich egzoplanet nie możemy nawet przyjrzeć się im bezpośrednio, nie mówiąc już o tym, co dzieje się po jednej stronie, a co po drugiej” – powiedział Murphy. „Po raz pierwszy jesteśmy w stanie uzyskać znacznie bardziej zlokalizowany obraz tego, co dzieje się w atmosferze egzoplanety”.
Odniesienie: „Dowody na asymetrię kończyn od rana do wieczora na chłodnej egzoplanecie o małej gęstości WASP-107 b” 24 września 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02367-9
