Уэбб исследует вечные рассветы и закаты в далеком мире
Концепция этого художника показывает, как могла бы выглядеть экзопланета WASP-39 b, основываясь на косвенных наблюдениях за транзитом с космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба, а также других космических и наземных телескопов. Автор: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
WASP-39 b, официально названная Бокапринс, — планета звезды WASP-39, «горячий Юпитер». Открыта в феврале 2011 года в рамках проекта WASP. Примечательна тем, что в её атмосфере содержится значительное количество воды. Кроме того, WASP-39 b была первой обнаруженной экзопланетой, содержащей в атмосфере углекислый газ, а также двуокись серы. Находится в созвездии Девы на расстоянии 702 ± 2 световых года (215,4 ± 0,7 пк) от Солнца. Википедия
Используя NIRSpec (ближний инфракрасный спектрограф) Уэбба, астрономы подтвердили разницу температур между вечным утром и вечным вечером на WASP-39 b, причем вечер оказался жарче примерно на 300 градусов по Фаренгейту (около 200 градусов по Цельсию). Они также нашли свидетельства разного облачного покрова: утренняя часть планеты, вероятно, была более облачной, чем вечерняя.
Изображение A: Художественная концепция WASP-39 b
Астрономы проанализировали спектр пропускания WASP-39 b в диапазоне от 2 до 5 микрон — метода, изучающего терминатор экзопланеты, границу, разделяющую дневную и ночную стороны планеты. Спектр передачи создается путем сравнения звездного света, прошедшего через атмосферу планеты, когда она движется перед звездой, с нефильтрованным звездным светом, обнаруженным, когда планета находится рядом со звездой. Проводя такое сравнение, исследователи могут получить информацию о температуре, составе и других свойствах атмосферы планеты.
«WASP-39 b стала своего рода эталонной планетой в изучении атмосфер экзопланет с Уэббом», — сказал Нестор Эспиноза, исследователь экзопланет в Научном институте космического телескопа и ведущий автор исследования. «У нее раздутая, пухлая атмосфера, поэтому сигнал, исходящий от звездного света, фильтруемого атмосферой планеты, довольно сильный».
Ранее опубликованные спектры Уэбба атмосферы WASP-39b, показавшие наличие углекислого газа, диоксида серы, водяного пара и натрия, представляют всю границу дня и ночи — детальных попыток провести различие между одной стороной и другой не предпринималось.
Теперь новый анализ строит два разных спектра из области терминатора, по существу разделяя границу дня и ночи на два полукруга: один вечерний, а другой утренний. Данные показывают, что вечером было значительно жарче — 1450 градусов по Фаренгейту (800 градусов по Цельсию), а утром — относительно прохладнее 1150 градусов по Фаренгейту (600 градусов по Цельсию).
Этот спектр передачи, полученный с помощью режима ярких объектов PRISM NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) Уэбба, показывает количество различных длин волн (цветов) звездного света в ближнем инфракрасном диапазоне, заблокированных атмосферой экзопланеты горячего газового гиганта WASP-39 b. Спектр ясно свидетельствует о наличии воды и углекислого газа, а также о колебаниях температуры на экзопланете между утром и вечером. Автор: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)
Изображение B: Спектры пропускания
«Действительно потрясающе, что мы можем проанализировать эту небольшую разницу, и это возможно только благодаря чувствительности Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне волн и его чрезвычайно стабильным фотометрическим датчикам», — сказал Эспиноза. «Любое крошечное движение в приборе или обсерватории во время сбора данных серьезно ограничило бы наши возможности сделать это обнаружение. Оно должно быть чрезвычайно точным, и Уэбб именно такой».
Обширное моделирование полученных данных также позволяет исследователям изучить структуру атмосферы WASP-39 b, облачного покрова и почему вечера жарче. В то время как будущая работа команды будет изучать, как облачный покров может влиять на температуру и наоборот, астрономы подтвердили, что циркуляция газа вокруг планеты является основным виновником разницы температур на WASP-39 b.
На сильно облученной экзопланете, такой как WASP-39 b, которая вращается относительно близко к своей звезде, исследователи обычно ожидают, что газ будет двигаться по мере вращения планеты вокруг своей звезды: более горячий газ с дневной стороны должен двигаться вечером на ночную сторону через мощный экваториальное реактивное течение. Поскольку разница температур настолько велика, разница давления воздуха также будет значительной, что, в свою очередь, приведет к высокой скорости ветра.
Кривая блеска, полученная с помощью NIRSpec (ближнего инфракрасного спектрографа) космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, показывает изменение яркости звездной системы WASP-39 с течением времени по мере прохождения планеты через звезду. Это наблюдение было сделано с использованием режима временных рядов ярких объектов NIRSpec, в котором используется решетка для рассеивания света от одного яркого объекта (например, родительской звезды WASP-39 b) и измерения яркости каждой длины волны света через заданные интервалы времени. время. Автор: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Изображение C: Кривая транзитного блеска
Используя модели общей циркуляции, трехмерные модели, подобные тем, которые используются для прогнозирования погодных условий на Земле, исследователи обнаружили, что на WASP-39 b преобладающие ветры, вероятно, движутся с ночной стороны через утренний терминатор, вокруг дневной стороны и через дневную сторону. вечерний терминатор, а затем по ночной стороне.
В результате утренняя сторона терминатора холоднее вечерней. Другими словами, на утреннюю сторону обрушиваются воздушные ветры, охлажденные на ночной стороне, а на вечернюю – воздушные ветры, нагретые на дневной стороне. Исследования показывают, что скорость ветра на WASP-39 b может достигать тысяч миль в час.
«Этот анализ особенно интересен еще и потому, что вы получаете трехмерную информацию о планете, которой раньше не получали», — добавил Эспиноза. «Поскольку мы можем сказать, что вечерний край более жаркий, это означает, что он немного более пухлый. Таким образом, теоретически на терминаторе, приближающемся к ночной стороне планеты, есть небольшая зыбь».
Результаты команды были опубликованы в журнале Nature.
Теперь исследователи планируют использовать тот же метод анализа для изучения атмосферных различий других горячих юпитеров, находящихся в приливном состоянии, в рамках программы общих наблюдателей 3969 цикла Уэбба 2.
WASP-39 b был одной из первых целей, проанализированных Уэббом, когда он начал регулярные научные операции в 2022 году. Данные для этого исследования были собраны в рамках программы Early Release Science 1366, призванной помочь ученым быстро научиться использовать инструменты телескопа и реализовать его возможности. полный научный потенциал.
Больше информации: Néstor Espinoza et al. Inhomogeneous terminators on the exoplanet WASP-39 b, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07768-4. www.nature.com/articles/s41586-024-07768-4
Источник: NASA
0 комментариев