Вебб розкриває в деталях атмосферу далекої екзопланети

0
433 views
Вебб розкриває в деталях атмосферу далекої екзопланети

Величезне дзеркало космічного телескопа Джеймса Вебба та точні інструменти об’єднали зусилля, щоб зафіксувати найдокладніші виміри зоряного світла, що фільтрується через атмосферу планети, що обертається навколо далекої зірки, схожої на Сонце.

Спектр світла, що містить інформацію про склад планетарної атмосфери на відстані 1150 світлових років, показує виразну сигнатуру води. Сила сигналу, виявленого Веббом, натякає на важливу роль, яку телескоп відіграватиме у пошуку потенційно заселених планет у найближчі роки. Потужний новий погляд Вебба також показує ознаки серпанку та хмар, які не виявлялися попередніми дослідженнями цієї планети.

Вебб розкриває в деталях атмосферу далекої екзопланети

Безпрецедентна здатність

Спостереження, яке показує наявність певних молекул газу на основі крихітного зменшення яскравості точних кольорів світла, є найбільш докладним на сьогоднішній день, демонструючи безпрецедентну здатність Вебба аналізувати атмосфери на відстані сотень світлових років.

У той час як космічний телескоп «Хаббл» НАСА/ЕКА проаналізував численні атмосфери екзопланет за останні два десятиліття, зафіксувавши перше чітке виявлення води в 2013 році, негайні і більш докладні спостереження Вебба знаменують собою гігантський крок вперед.

WASP-96 b

WASP-96 b – одна з більш ніж 5000 підтверджених екзопланет у Чумацькому Шляху. Розташована приблизно в 1150 світлових роках від нас у південному сузір’ї Фенікса, вона є типом газового гіганта, що не має прямого аналога в нашій Сонячній системі. Маючи менше половини маси Юпітера і діаметром в 1,2 рази більше, WASP-96 b набагато пухкіше, ніж будь-яка планета, що обертається навколо нашого Сонця. А за температури вище 500°С значно гарячіше. WASP-96 b обертається дуже близько до своєї сонцеподібної зірки, всього в одній дев’ятій частині відстані між Меркурієм і Сонцем, здійснюючи один оберт кожні 3½ земних дня.

Поєднання великого розміру, короткого орбітального періоду, пухкої атмосфери та відсутності забруднюючого світла від об’єктів, розташованих поблизу неба, робить WASP-96 b ідеальною метою спостережень за атмосферою.

Подробиці вимірювання

21 червня прилад Вебба для формування зображень у ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинний спектрограф (NIRISS) вимірював світло від системи WASP-96 протягом 6,4 години, поки планета переміщалася по зірці. В результаті виходить крива блиску, що показує загальне затемнення зоряного світла під час проходження, і спектр пропускання, що показує зміну яскравості окремих довжин хвиль інфрачервоного світла в діапазоні від 6 до 28 мікрон.

У той час як крива блиску підтверджує властивості планети, які вже були визначені з інших спостережень – існування, розмір та орбіта планети – спектр пропускання розкриває раніше приховані деталі атмосфери: недвозначні ознаки води, ознаки серпанку та свідчення існування хмар, які, як вважалося, немає на підставі попередніх спостережень.

Спектр передачі створюється шляхом порівняння зоряного світла, відфільтрованого через атмосферу планети, коли вона рухається над зіркою, з нефільтрованим зоряним світлом, виявленим, коли планета знаходиться поряд із зіркою. Дослідники можуть виявляти та вимірювати вміст ключових газів в атмосфері планети на основі картини поглинання – розташування та висоти піків на графіку. Так само, як у людей є відмітні відбитки пальців та послідовності ДНК, атоми та молекули мають характерні зразки довжин хвиль, які вони поглинають.

Спектр WASP-96 b

Спектр WASP-96 b, захоплений NIRISS, є не лише найбільш докладним спектром пропускання атмосфери екзопланети в ближньому інфрачервоному діапазоні, захопленим на сьогоднішній день, але також охоплює напрочуд широкий діапазон довжин хвиль, включаючи видиме червоне світло та частину спектру, раніше недоступну для інших телескопів (довжини хвиль понад 1,6 мкм). Ця частина спектру особливо чутлива до води, а також інших ключових молекул, таких як кисень, метан і вуглекислий газ, які не відразу видно в спектрі WASP-96 b, але повинні бути виявлені на інших екзопланетах, які планується спостерігати Веббом.

Дослідники зможуть використовувати спектр для вимірювання кількості водяної пари в атмосфері, обмеження вмісту різних елементів, таких як вуглець та кисень, та оцінки температури атмосфери з глибиною. Потім вони можуть використовувати цю інформацію, щоб робити висновки про загальний склад планети, а також про те, як, коли та де вона сформувалася. Синя лінія на графіці – це найбільш підходяща модель, яка враховує дані, відомі властивості WASP-96 b та її зірки (наприклад, розмір, масу, температуру) та передбачувані характеристики атмосфери.

Виняткова деталізація

Виняткова деталізація та чіткість цих вимірів можливі завдяки сучасному дизайну Webb. Його 6,5-метрове дзеркало із золотим напиленням ефективно збирає інфрачервоне світло. Його точні спектрографи перетворять світло на веселку тисяч інфрачервоних кольорів. А його чутливі інфрачервоні датчики вимірюють дуже тонкі відмінності у яскравості. NIRISS здатний виявляти колірні відмінності всього в одну тисячну мікрону (різниця між зеленим і жовтим становить близько 50 мікрон) та відмінності в яскравості між цими кольорами в кілька сотень частин на мільйон.

Крім того, виняткова стабільність Webb та його орбітальне розташування навколо точки Лагранжа 2 приблизно за 1,5 мільйони кілометрів від забруднюючого впливу земної атмосфери забезпечують безперервний огляд та точні дані, які можна аналізувати відносно швидко.

Надзвичайно докладний спектр, отриманий шляхом одночасного аналізу 280 окремих спектрів, отриманих під час спостереження, дає лише натяк на те, що Вебб приготував для дослідження екзопланет. Протягом наступного року дослідники будуть використовувати спектроскопію для аналізу поверхонь та атмосфер кількох десятків екзопланет, від невеликих кам’янистих планет до гігантів, багатих на газ і льод. Майже чверть часу спостережень першого циклу Вебба присвячена вивченню екзопланет та матеріалів, з яких вони складаються.

Це спостереження NIRISS демонструє, що Вебб може детально охарактеризувати атмосфери екзопланет, зокрема потенційно придатних життя планет.