Kosmiczny Teleskop Webba ujawnia dziwną rozdwojoną osobowość WASP-39b

Koncepcja artysty pokazuje, jak mogłaby wyglądać egzoplaneta WASP-39 b, na podstawie pośrednich obserwacji tranzytu z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, a także innych teleskopów kosmicznych i naziemnych. Źródło: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

The Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba przedstawił szczegółową analizę WASP-39b, statku zablokowanego pływowo egzoplaneta wykazujące różne warunki atmosferyczne po swojej porannej i wieczornej stronie, z bardziej pochmurnym i chłodniejszym porankiem w porównaniu z cieplejszym wieczorem.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) odkrył różne warunki atmosferyczne porannej i wieczornej strony odległej planety.

Atmosfery egzoplanet – planet znajdujących się poza Układem Słonecznym – mierzono od pewnego czasu za pomocą potężnych teleskopów. Jednakże atmosferę zawsze uważano za taką samą na całej planecie.

Unikalne zjawiska atmosferyczne na WASP-39b

Nowa analiza, opublikowana 15 lipca w Natura, koncentruje się na planecie o niezwykłej atmosferze, ukazując różne „poranne” i „wieczorne” strony planety. Badanie, prowadzone pod kierunkiem Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych i częściowo przeanalizowane przez Imperial College w Londynie badacza, odsłoniły bardziej pochmurną stronę poranną niż wieczorną.

Gigantyczna planeta o nazwie WASP-39b ma promień większy niż Jowiszale o podobnej masie do Saturn i okrąża gwiazdę oddaloną o około 700 lat świetlnych od Ziemi. Znajduje się także bardzo blisko swojej gwiazdy, co powoduje, że jej dzienna wysoka temperatura powierzchni przekracza 1000°C (1800°F), co oznacza, że ​​wykonuje jeden dzień obrotu w tym samym czasie, w jakim wykonuje jedno okrążenie.

Blokowanie pływów i wahania temperatury

Oznacza to również, że jest „zblokowany pływowo”: ta sama strona planety zawsze jest zwrócona w stronę swojej gwiazdy, w ten sam sposób, w jaki ta sama strona Księżyca jest zawsze zwrócona w stronę Ziemi. Tworzy to stałą „dzienną” i stałą „nocną” stronę planety, ale także, co najważniejsze, pomiędzy nimi są strony „poranna” i „wieczór”.

Dr James Kirk z Wydziału Fizyki Imperial College w Londynie powiedział: „Nie ma takiej planety w naszym Układzie Słonecznym, ale większość planet, które obserwujemy, krążących wokół odległych gwiazd, jest bliżej i ma krótkie orbity, jak WASP-39b . Teraz mogliśmy przetestować nasze teorie na temat tych planet i po raz pierwszy bezpośrednio zmierzyć poranną i wieczorną stronę egzoplanety w szerokim zakresie długości fal”.

Néstor Espinoza, badacz egzoplanet w Instytucie Naukowym Teleskopu Kosmicznego i główny autor badania, skomentował: „Ta analiza jest również szczególnie interesująca, ponieważ otrzymujesz informacje 3D na temat planety, których nie otrzymywałeś wcześniej. Ponieważ możemy stwierdzić, że wieczorna krawędź jest cieplejsza, oznacza to, że jest trochę bardziej puchata. Zatem teoretycznie na terminatorze zbliżającym się do nocnej strony planety występuje niewielkie falowanie.”

Metodologia badań i wyniki

Naukowcy odkrywają informacje o atmosferach egzoplanet, mierząc światło otrzymywane, gdy planeta przechodzi przed swoją gwiazdą. Kiedy to nastąpi, światło gwiazdy zmienia się poprzez filtrowanie przez atmosferę planety. Zmiany te są wykrywane przez instrumenty Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, a specyficzne sygnatury ujawniają różne cząsteczki w atmosferze.

Technika ta zakłada jednak, że atmosfera planety jest zasadniczo taka sama na całej jej powierzchni.

W WASP-39b strona dzienna, zawsze zwrócona w stronę gwiazdy, jest znacznie gorętsza niż strona nocna. Ze względu na sposób obrotu planety uważa się, że ta ogromna różnica temperatur powoduje silny wiatr na równiku poruszający się w jednym kierunku. To właśnie tworzy stronę „poranną” – gdzie chłodniejszy nocny wiatr przedostaje się na stronę dzienną; oraz strona „wieczorna” – gdzie gorący wiatr dzienny przenosi się na stronę nocną. Dane pokazują, że wieczór był znacznie gorętszy – temperatura sięgała 800°C (1500°F), a poranek był stosunkowo chłodniejszy – 600°C (1100°F).

Sposób, w jaki tworzą się chmury, zależy od temperatury, dlatego zespół spodziewał się, że poranna i wieczorna strona będą charakteryzować się różnym stopniem zachmurzenia. Aby to sprawdzić, wykorzystali kilka metod analizy danych JWST i odkryli, że zgodnie z przewidywaniami poranek był bardziej pochmurny niż wieczór.

Analizy dopasowania

Dr Kirk opracował jedną z technik analizy, która skupiała się wyłącznie na świetle otrzymanym na początku i na końcu przejścia planety przez powierzchnię gwiazdy. Ponieważ w takich momentach tylko krawędzie planety „dotykają” dysku gwiazdy, światło gwiazdy będzie filtrowane jedynie odpowiednio przez poranną lub wieczorną stronę atmosfery.

Wyniki analizy dr Kirka dobrze pokrywają się z innymi analizami wykonanymi przez innych członków zespołu, w którym uczestniczyli badacze z całych Stanów Zjednoczonych i Europy.

Zespół chce teraz rozszerzyć swoją analizę o dane z większej liczby instrumentów znajdujących się na pokładzie JWST. Teleskop wyposażony jest w instrumenty analizujące światło w zakresie długości fal – od światła widzialnego po podczerwień – co może ujawnić więcej szczegółów na temat różnic atmosferycznych w WASP-39b.

Dr Kirk powiedział: „Teraz zademonstrowaliśmy wykonalność tej metody za pomocą JWST, a precyzja JWST jest tak ogromna, że ​​naprawdę otwiera nową drogę do zrozumienia i pomiaru cyrkulacji atmosferycznej egzoplanet, na którą wcześniej w dużej mierze nie byliśmy wrażliwi. .”

Więcej o tym odkryciu:

Podróż Webba, aby zrozumieć dziwaczną atmosferę odległego świata

Odniesienie: „Niejednorodne terminatory na egzoplanecie WASP-39 b” autorstwa Néstora Espinozy, Marii E. Steinrueck, Jamesa Kirka, Ryana J. MacDonalda, Arjuna B. Savela, Kennetha Arnolda, Elizy M.-R. Kempton, Matthew M. Murphy, Ludmila Carone, Maria Zamyatina, David A. Lewis, Dominic Samra, Sven Kiefer, Emily Rauscher, Duncan Christie, Nathan Mayne, Christiane Helling, Zafar Rustamkulov, Vivien Parmentier, Erin M. May, Aarynn L. Carter, Xi Zhang, Mercedes López-Morales, Natalie Allen, Jasmina Blecic, Leen Decin, Luigi Mancini, Karan Molaverdikhani, Benjamin V. Rackham, Enric Palle, Shang-Min Tsai, Eva-Maria Ahrer, Jacob L. Bean, Ian JM Crossfield, David Haegele, Eric Hébrard, Laura Kreidberg, Diana Powell, Aaron D. Schneider, Luis Welbanks, Peter Wheatley, Rafael Brahm i Nicolas Crouzet, 15 lipca 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07768-4