Przewodnik po egzoplanetach znanych jako gorące Jowisze

Gorące jowisze – gazowe olbrzymy, które krążą wokół swoich gwiazd-gospodarzy po niezwykle ciasnych orbitach – stały się nieco mniej tajemnicze dzięki nowym badaniom łączącym modelowanie teoretyczne z obserwacjami Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.

Podczas gdy poprzednie badania skupiały się głównie na pojedynczych światach klasyfikowanych jako „gorące jowisze” ze względu na ich powierzchowne podobieństwo do gazowego olbrzyma w naszym Układzie Słonecznym, nowe badanie jest pierwszym, które przygląda się szerszej populacji tych dziwnych światów. Opublikowane w Nature Astronomy badania dostarczają astronomom bezprecedensowego „przewodnika terenowego” po gorących jowiszach i oferuje spojrzenie w formowanie się planet w ogóle.

Chociaż astronomowie uważają, że tylko 1 na 10 gwiazd posiada egzoplanety z klasy gorących jowiszów, te osobliwe planety stanowią znaczną część odkrytych do tej pory egzoplanet, ze względu na fakt, że są one większe i jaśniejsze niż inne typy egzoplanet, takie jak skaliste, bardziej podobne do Ziemi planety lub mniejsze, chłodniejsze planety gazowe. Wszystkie gorące jowisze, o rozmiarach około ⅓ wielkości Jowisza do 10 mas Jowisza, krążą wokół swoich gwiazd niezwykle blisko, zazwyczaj znacznie bliżej niż Merkury wokół Słońca. „Rok” na typowym gorącym jowiszu trwa godziny, lub co najwyżej kilka dni. Dla porównania, Merkury potrzebuje prawie 3 miesięcy, aby okrążyć Słońce.

Ze względu na ich ciasne orbity, większość, jeżeli nie wszystkie gorące jowisze są zawsze zwrócone tą samą stroną do swoich gwiazd. Jedna strona wiecznie jest wystawiona na jej promieniowanie, a druga spowita w wieczną ciemność. Powierzchnia typowego gorącego jowisza może nagrzać się do prawie 2800 oC, przy czym „chłodniejsze” okazy osiągają 760 oC – wystarczająco gorąco, by stopić aluminium.

W badaniach wykorzystano obserwacje wykonane za pomocą HST, które pozwoliły zespołowi na bezpośredni pomiar widm emisyjnych gorących jowiszów, pomimo faktu, że Hubble nie może bezpośrednio obrazować żadnej z tych planet.

Megan Mansfield, stypendystka NASA Sagan w Obserwatorium Stewarda na Uniwersytecie Arizony, oraz jej zespół wykorzystali metodę znaną jako wtórne zaćmienie, aby wydobyć z obserwacji informacje, które pozwoliły im zajrzeć w głąb atmosfery planet i uzyskać wgląd w ich strukturę i skład chemiczny. Technika ta polega na wielokrotnym obserwowaniu tego samego układu, łapiąc planety w różnych miejscach na ich orbicie, w tym, gdy chowają się za gwiazdą.

Dane zaćmieniowe dostarczyły badaczom wgląd w strukturę termiczną atmosfery gorących jowiszów i pozwoliły na skonstruowanie indywidualnych profili temperatur i ciśnień dla każdego z nich. Następnie zespół przeanalizował światło w bliskiej podczerwieni, które jest pasmem fal tuż poza zakresem widocznym dla człowieka, pochodzące z każdego układu gorących jowiszów pod kątem tzw. cech absorpcji. Ponieważ każda cząsteczka lub atom mają swój własny profil absorpcji, jak odcisk palca, patrzenie na różne długości fal pozwala badaczom uzyskać informacje o składzie chemicznym gorących jowiszów. Na przykład, jeżeli w atmosferze planety obecna jest woda, będzie ona absorbować światło o długości 1,4 mikrona, co mieści się w zakresie długości fal, które Hubble widzi bardzo dobrze.

Zespół określił ilościowo dane obserwacyjne i porównał je z modelami procesów fizycznych, które, jak się uważa, zachodzą w atmosferach gorących jowiszów. Oba zestawy pasowały do siebie bardzo dobrze, potwierdzając, że wiele przewidywań dotyczących natury planet – opartych na pracach teoretycznych – wydaje się być poprawnych, według Mansfield.

Wyniki sugerują, że wszystkie gorące jowisze, nie tylko 19 uwzględnionych w badaniu, prawdopodobnie zawierają podobne zestawy molekuł, takich jak woda i tlenek węgla, wraz z mniejszymi ilościami innych cząsteczek. Różnice pomiędzy poszczególnymi planetami powinny polegać głównie na różnej względnej ilości tych cząsteczek. Wyniki badań ujawniły również, że obserwowane cechy absorpcji wody różniły się nieznacznie w zależności od planety.

Według autorów pracy, wyniki te mogą być wykorzystane do pokierowania oczekiwaniami astronomów dotyczącymi tego, co będą w stanie zobaczyć patrząc na gorącego jowisza, który nie był wcześniej badany. Start Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, zaplanowany na 18 grudnia 2021 roku, ekscytuje łowców egzoplanet, ponieważ może obserwować w znacznie szerszym zakresie podczerwieni i pozwoli na bardziej szczegółowe spojrzenie na egzoplanety, w tym gorące jowisze.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Arizona University

Vega

Na ilustracji: Wizja artystyczna gorącego jowisza orbitującego blisko gwiazdy w starej gromadzie gwiazd M67 znajdującej się miedzy 2500 a 3000 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Raka. Źródło: ESO/L. Calçada

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.