Silika buzu, sıcak ötegezegen Jüpiter’in ateşli atmosferini kaplıyor

Aşırı ısınmış, kabarık ötegezegen WASP-17 b’nin gökyüzünü silika “kar” pulları dolduruyor.

Dünyadaki en yaygın ve tanıdık minerallerden birine bir bakış, nadiren bir başlığı hak eder. Kuvars dünya çapında sahil kumlarında, yapı taşlarında, jeodezlerde ve mücevher mağazalarında bulunur. Cam üretmek için eritilir, silikon mikroçipler için rafine edilir ve saatleri ölçmek için saatlerde kullanılır.

Peki son keşfi diğerlerinden ayıran şey nedir? NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu? Kuvars kristallerinin kelimenin tam anlamıyla yoktan var olduğunu hayal edin. 10.000 tanesi insan saçı boyunca yan yana sığabilecek kadar küçük, parıldayan taneciklerden oluşan bir sis. Sivri cam nanoparçacık sürüleri, şişkin bir gaz devinin sıcak atmosferinde yarışıyor ötegezegen Saatte binlerce mil hızla.

Webb’in bu kristallerin yıldız ışığı üzerindeki son derece ince etkilerini (en azından yedi milyon milyar milden fazla bir mesafeden) ölçme konusundaki eşsiz yeteneği, dış gezegen atmosferlerinin bileşimi hakkında önemli bilgiler ve hava durumlarına ilişkin yeni bilgiler sağlıyor.

Sıcak gaz devi ötegezegen WASP-17 b’nin MIRI (Webb Orta Kızılötesi Enstrüman) tarafından 12-13 Mart 2023’te yakalanan iletim spektrumu, ötegezegenin bulutlarında kuvarsın (kristalin silika, SiO2) ilk kanıtını ortaya koyuyor. .
Spektrum, gezegen yıldızının yanından geçerken orta kızılötesi ışığın 28 dalga boyu bandının parlaklığındaki değişim ölçülerek yapıldı. Webb, yaklaşık 10 saat boyunca düşük çözünürlüklü bir MIRI spektrometresi kullanarak WASP-17 sistemini gözlemledi ve geçiş öncesinde, sırasında ve sonrasında 1.275’ten fazla ölçüm topladı.
Her dalga boyu için, gezegenin atmosferi tarafından engellenen ışık miktarı (beyaz daireler), atmosferden geçen miktarın, yıldızın orijinal olarak yaydığı miktardan çıkarılmasıyla hesaplandı.
Kesintisiz mor çizgi, Webb (MIRI), Hubble ve Spitzer verilerine en iyi uyan modeldir. (Hubble ve Spitzer verileri 0,34 ila 4,5 mikron arasındaki dalga boylarını kapsamaktadır ve grafikte gösterilmemiştir.) Spektrum yaklaşık 8,6 mikronluk net bir özellik göstermektedir; gökbilimciler bunun atmosferden geçen yıldız ışığının bir kısmını emen silika parçacıklarının neden olduğuna inanmaktadır. .
Sarı kesikli çizgi, WASP-17 b’nin atmosferindeki bulutların SiO2 içermemesi durumunda iletim spektrumunun bu bölümünün nasıl görüneceğini gösterir.
Bu, SiO2’nin bir dış gezegende ilk kez tanımlanması ve geçmekte olan bir dış gezegende ilk kez herhangi bir spesifik bulut türünün tanımlanmasıdır.
İmaj kredisi: NASA, ESA, CSA, Ralph Crawford (STScI), David Grant (Bristol Üniversitesi), Hannah R. Wakeford (Bristol Üniversitesi), Nicole Lewis (Cornell Üniversitesi)

Webb Uzay Teleskobu dev sıcak gaz bulutlarındaki küçük kuvars kristallerini tespit etti

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan araştırmacılar, sıcak bir gezegen olan WASP-17 b’nin yüksek rakımlı bulutlarında kuvars nanokristallerinin kanıtlarını keşfettiler. Jüpiter Dünya’dan 1.300 ışıkyılı uzaklıkta bir dış gezegen. MIRI (Webb’in orta kızılötesi cihazı) kullanılarak benzersiz bir şekilde mümkün olan bu keşif, silikanın (SiO) ilk kez tespit edildiğini temsil ediyor.₂) Bir dış gezegenin atmosferinde parçacıklar tespit edildi.

“Heyecanlandık!” Araştırmacı David Grant… Bristol Üniversitesi Birleşik Krallık’ta ve bugün (16 Ekim) yayınlanan bir makalenin ilk yazarı Astrofizik Günlük Mektupları. “Hubble gözlemlerinden WASP-17 b’nin atmosferinde aerosollerin (bulut veya sis oluşturan küçük parçacıklar) mevcut olması gerektiğini biliyorduk, ancak bunların kuvarstan yapılmasını beklemiyorduk.”

Silikatlar (silikon ve oksijen bakımından zengin mineraller), Güneş sistemimizdeki diğer kayalık cisimlerin yanı sıra Dünya ve Ay’ın büyük kısmını oluşturur ve galakside oldukça yaygındır. Ancak ötegezegenlerin ve kahverengi cücelerin atmosferlerinde daha önce tespit edilen silikat taneciklerinin, yalnızca saf SiO olan kuvarstan değil, olivin ve piroksen gibi magnezyum açısından zengin silikatlardan oluştuğu görülüyor.₂.

NASA Ames Araştırma Merkezi ve NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nden araştırmacıları da içeren bu ekibin bulguları, dış gezegen bulutlarının nasıl oluştuğuna ve geliştiğine dair anlayışımıza yeni bir yön veriyor. Bristol Üniversitesi’nden ortak yazar Hannah Wakeford, “Magnezyum silikatı görmeyi bekliyorduk” dedi. “Fakat bunun yerine gördüğümüz şey muhtemelen bu parçacıkların yapı taşlarıdır; soğuk ötegezegenlerde ve kahverengi cücelerde tespit ettiğimiz daha büyük silikat tanelerini oluşturmak için gereken küçük ‘tohum’ parçacıklarıdır.”

İnce farkları keşfedin

Jüpiter’in yedi katından daha büyük bir hacme ve Jüpiter’in yarısından daha az bir kütleye sahip olan WASP-17 b, bilinen en büyük ve en şişkin ötegezegenlerden biridir. Bu, yalnızca 3,7 Dünya günü olan kısa yörünge periyoduyla birleştiğinde, gezegeni iletim spektroskopisi için ideal hale getiriyor: bir gezegenin atmosferinin yıldız ışığı üzerindeki filtreleme ve saçılma etkilerini ölçmeyi içeren bir teknik.

Webb, WASP-17 sistemini yaklaşık 10 saat boyunca izledi ve gezegen yıldızının geçişi sırasında 5 ila 12 mikronluk orta kızılötesi ışığın parlaklığına ilişkin 1.275’ten fazla ölçüm topladı. Ekip, gezegen yıldızın önündeyken teleskopa ulaşan ışığın bireysel dalga boylarının parlaklığını yalnızca yıldızın parlaklığından çıkararak, her dalga boyunun ne kadarının gezegenin atmosferi tarafından engellendiğini hesaplayabildi.

Ortaya çıkan şey, 8,6 mikronluk beklenmedik bir “çarpma” idi; bulutlar magnezyum silikattan veya alüminyum oksit gibi diğer potansiyel olarak yüksek sıcaklıktaki aerosollerden yapılmış olsaydı beklenmeyecek bir özellikti, ancak kuvarstan yapılmışlarsa çok mantıklıydı. .

Kristaller, bulutlar ve rüzgar

Bu kristaller, Dünya’daki jeotlarda ve mücevher mağazalarında bulunan sivri uçlu altıgen prizmalara benzer şekile sahip olsa da, her biri yalnızca yaklaşık 10 nanometre (santimetrenin milyonda biri) çapındadır.

Sıcak gezegenlerin 3 boyutlu görünümünü oluşturmaya yardımcı olmak için tasarlanan Garantili Zaman Gözlemi (GTO) Web programını yöneten Cornell Üniversitesi’nden ortak yazar Nicole Lewis, “Hubble verileri aslında bu parçacıkların boyutunun belirlenmesinde önemli bir rol oynadı” dedi. Jüpiter’in atmosferi. “Silisin varlığını yalnızca Webb’in MIRI verilerinden biliyoruz, ancak kristallerin ne kadar büyük olduğunu bilmek için Hubble’ın bağlam açısından görünür ve yakın kızılötesi gözlemlerine ihtiyacımız vardı.”

WASP-17 b’nin bulutlarında tespit edilen kuvars kristalleri, Dünya’daki bulutlarda bulunan mineral parçacıklarından farklı olarak kayalık bir yüzeyden elde edilemedi. Bunun yerine atmosferin kendisinden kaynaklanırlar. “WASP-17 b son derece sıcaktır – yaklaşık 2.700 derece F (1500 derece santigrat) – Atmosferin yükseklerinde kuvars kristallerinin oluştuğu basınç, Dünya yüzeyinde deneyimlediğimiz basıncın yaklaşık binde birini geçmez. “Bu koşullar altında katı kristaller, önce sıvı faza geçmeden doğrudan gazdan oluşabilir.”

Bulut bileşenlerini anlamak, gezegeni bir bütün olarak anlamak için çok önemlidir. WASP-17 b gibi Sıcak Jüpiterler öncelikle hidrojen ve helyumdan, az miktarda da su buharı (H) gibi diğer gazlardan oluşur.₂O) ve karbondioksit (CO₂). “Eğer sadece bu gazların içerdiği oksijeni dikkate alırsak ve kuvars (SiO) gibi minerallerde hapsolmuş tüm oksijeni hesaba katmayı ihmal edersek,₂Genel bolluğu önemli ölçüde azaltacağız” diye açıkladı Wakeford. “Bu güzel silika kristalleri bize farklı malzemelerin envanterini ve bunların hepsinin bu gezegenin çevresini şekillendirmek için nasıl bir araya geldiğini anlatıyor.”

Tam olarak ne kadar kuvars bulunduğunu ve bulutların ne kadar yaygın olduğunu belirlemek zordur. Grant, “Bulutların, gözlemlerimizin araştırdığı alan olan gece ve gündüz arasındaki geçiş boyunca mevcut olması muhtemeldir” dedi. Gezegen, çok sıcak bir gündüz tarafı ve daha serin bir gece tarafı ile gelgit açısından kilitlendiğinden, bulutlar muhtemelen gezegenin etrafında dönüyor, ancak daha sıcak gündüz tarafına ulaştıklarında buharlaşıyorlar. “Rüzgar bu küçük cam parçacıklarını saatte binlerce kilometre hızla hareket ettirebilir.”

WASP-17 b, her bir önemli gezegenden tek bir temsilcinin kapsamlı gözlem setini toplamak üzere tasarlanan Çözünürlüklü Çok Aletli Spektroskopi (DREAMS) problarını kullanarak Gezegen Dışı Atmosferlerin Derin Keşfi için JWST bilim adamları ekibi tarafından hedeflenen üç gezegenden biridir. dış gezegenler sınıfı. : Jüpiter sıcak, sıcak NeptünVe ılımlı kayalık bir gezegen. Sıcak Jüpiter WASP-17 b’nin MIRI gözlemleri GTO 1353 programının bir parçası olarak yapıldı.

Referans: “JWST-TST Düşleri: WASP-17b Atmosferindeki Kuvars Bulutları”, David Grant, Nicole K. Lewis, Hannah R. Wakeford, Natasha E. Batalha, Anna Glidden, Jayesh Goyal, Elijah Mullins, Ryan J. MacDonald, Erin M. May, Sarah Seager, Kevin B. Stevenson, Jeff A. Valenti, Channon Fisher, Lily Alderson, Natalie H. Allen, Caleb I. Cañas, Kencol Colon, Mark Clampin, Nestor Espinoza, Amelie Gresier, Jingsheng Huang, Zifan Lin, Douglas Long, Dana R. Lowe, Maria Peña Guerrero, Sukrit Rangan, Christine S. Sotzen, Daniel Valentine, Jay Anderson, William O. Palmer, Andrea Bellini, Kellan K. W. Hoch, Jens Kammerer, Mattia Liberalto, C. Matt Mountain, Marshall de Perrin, Laurent Boyot, Emily Rickman, Isabel Rebolledo, Sangmo Tony Son, Roland P. van der Marel ve Laura L. Watkins, 16 Ekim 2023, Astrofizik Günlük Mektupları.
doi: 10.3847/2041-8213/acfc3b

James Webb Uzay Teleskobu dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizin gizemlerini çözüyor, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyaların ötesine bakıyor ve evrenimizin gizemli yapılarını, kökenlerini ve onun içindeki yerimizi araştırıyor. WEB, NASA’nın ortakları Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ile birlikte yürüttüğü uluslararası bir programdır.Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı.