Художник впечатление о горячим юпитере: Международная обсерватория Близнецов/Noirlab/NSF/Aura/J. да Силва/Косминган/М. Замани
Почти треть известных экзопланет — огромные газовые гиганты, похожие на Юпитер или Сатурн. Но в то время как наша солнечная система развивалась с газовыми гигантами, далеко от нашего Солнца, некоторые планетарные системы состоят из так называемых «горячих или даже сверхурочных-jupiters», орбит, очень близко к их звезде, некоторые так близки, как и ртуть к солнцу. Эти горячие, пухлые гиганты терпят экстремальные температуры и иногда прозвали «жареные зефиры».
Будучи членом точно названной программы жареных зефиров, Питер Смит, аспирант в школе Земли и космоса Университета штата Аризона, изучает химию атмосферы горячих и ультразвучных Юпитеров, чтобы узнать о протопланетарных дисках, из которых они сформировали.
В этой программе используется инфракрасный спектрограф иммерсионной решетки (IGRINS) на южном телескопе Близнецов в Чили, половине Международной обсерватории Близнецов, управляемой NSF Noirlab.
Недавно команда наблюдала известный газовой гигант WASP-121B, и их наблюдения обнаружили что-то неожиданное в истории его формирования. Их исследования представлены в статье, появляющейся в астрономическом журнале.
Планетарная система формируется из так называемого протопланетического диска — кружащегося диска, содержащего смесь каменного и ледяного материала. Скалистые материалы, такие как железо, магний и кремний, легко существуют в их затвердевшем состоянии и требуют экстремальных уровней тепла, чтобы испаряться в газ, тогда как ледяные материалы, такие как вода, метатан, аммиак и угарный окись, легко испариваются и требуют очень низких температура для конденсации.
Из -за их различных температурных порогов каменистые и ледяные материалы в диске распространяются в градиент, варьируя от твердого до газа в зависимости от расстояния от звезды.
В результате астрономы могут искать подписи этих элементов в составе планет и их атмосфер, рассчитать отношение каменистых и ледяного материала и определять, как далеко от его звезды образовалась планета.
Измерение этого соотношения обычно требует нескольких наблюдений, используя один прибор, чувствительный к видимому свету, для обнаружения твердых скалистых элементов и еще одного чувствительного к инфракрасному свету для обнаружения газообразных ледяных элементов. Но поскольку WASP-121B является сверхурочным Юпитером с экстремальными температурами, оба материала испаряются в атмосферу и обнаруживаются с высоким спектральным разрешением игринов.
Эта иллюстрация показывает, как скалистые и ледяные материалы рассеиваются в градиенте в протопланетическом диске звезды из -за их различных порогов температуры. Кредит: Noirlab/NSF/Aura/p. Маренфельд
С этими наблюдениями Смит и его команда впервые продемонстрировали измерение соотношения породы к приму для транзитной планеты с использованием одного инструмента.
Эта уникальная способность, разрешенная IGRINS
«Наземные данные с юга Gemini с использованием IGRINS фактически провели более точные измерения отдельных химических численности, чем даже космические телескопы могли бы достичь»,-говорит Смит.
Спектроскопические данные показывают, что WASP-121B имеет высокое отношение пород до приема, что указывает на то, что они увеличили избыток скалистого материала во время формирования. Это говорит о том, что планета сформировалась в области протопланетического диска, где конденсируется ICE слишком жарко, что является удивительным открытием, поскольку обычно считается, что газовому гигантам нужны твердые льты.
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
«Наше измерение означает, что, возможно, этот типичный взгляд должен быть пересмотрен, а наши модели формирования планеты пересмотрели», — говорит Смит.
Смит и его команда также нашли замечательные характеристики атмосферы WASP-121B. «Климат этой планеты крайний, и ничего похожего на землю», — говорит он.
Дни планеты настолько горячо, что элементы, обычно рассматриваемые как «металл», испаряются в атмосферу, что делает их обнаруженными с помощью спектроскопии. Сильные ветры дуют эти металлы на постоянную ночную сторону планеты, где им достаточно круто, чтобы они могли конденсироваться и дождь-эффект, который наблюдался на WASP-121B в виде дождя кальция.
«Наша чувствительность инструмента продвигается до такой степени, что мы можем использовать эти элементы, чтобы исследовать различные регионы, высоты и долготы, чтобы увидеть тонкости, такие как скорость ветра, показывая, насколько динамична эта планета», — говорит Смит.
IGRINS был приглашенным инструментом на юге Близнецов, когда Смит наблюдал WASP-121B в течение 2022 и 2023 годов. С тех пор он покинул телескоп, чтобы вернуться в свое домашнее учреждение. Этот инструмент был настолько успешным, что новая итерация-GIGRINS-2-была заказана для северного телескопа Близнецов на Гавайях и в настоящее время находится на фазе калибровки науки.
Смит называет игрины основным фактором в подробных измерениях своей команды атмосферы WASP-121B, и он с нетерпением ожидает расширения этих исследований на другие экзопланетные системы с IGRINS-2.
Создание большей выборки горячих и сверхурочных атмосферов Юпитера позволит ученым усовершенствовать свои знания о том, как образуются гигантские планеты.
Информация от: Национальным научным фондом
