Dış Gezegen TOI-421 b ve Yıldızının Resmi
Samanyolu, Dünya'dan daha büyük ama Neptün'den biraz daha küçük, yıldızlarının etrafında Merkür'ün Güneş'in yörüngesinden daha hızlı ve daha yakın yarışan esrarengiz gezegenlerle dolu. Bir ışık yılı uzakta, pus veya bulutlar tarafından gizlenmiş ve kendi güneş sistemimizde karşılaştırılabilir hiçbir şey olmadığı için, neredeyse her yerde bulunan bu Neptün-altı boyutlu gezegenlerin kesin doğası bir gizem olmaya devam ediyor.
Neden yapıldılar? Nasıl oluştular? Ve bize genel olarak gezegenler ve gezegensel evrim hakkında ne söyleyebilirler?
Aralık 2021 sonunda uzaya gönderilen NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu, loş kızılötesi ışığın parlaklığındaki ve rengindeki son derece ince farkları ölçmek için benzersiz yeteneğiyle, Samanyolu'nda gözlemlenen en yaygın gezegen türünün doğasını ve kökenini çevreleyen sisi kaldırmak için hazırlanmıştır.
Samanyolu'nda incelenen Güneş benzeri yıldız sistemlerinin yarısından fazlası, kendi güneş sistemimizde olmayan gizemli bir gezegen türünü barındırıyor.
Dünya'dan daha büyük, Neptün'den daha küçük ve yıldızlarına, Güneş'in yörüngesindeki Merkür'den daha yakın olan bu sıcak-sıcak alt Neptünler, galakside gözlemlenen en yaygın gezegen türüdür.
Ancak araştırmacılar, bu gezegenlerin yüzlercesinin büyüklük, kütle ve yörünge dahil olmak üzere temel özelliklerini ölçebilmiş olsalar da, temel yapıları belirsizliğini koruyor.
Yoğun, Dünya benzeri kaya ve demir topları mı, kalın hidrojen ve helyum gazı katmanlarıyla kaplanmışlar mı? Veya buharlı, su açısından zengin atmosferlerle çevrili daha az yoğun kaya ve buz karışımları mı?
Sınırlı veri ve karşılaştırma için kendi güneş sistemimizde benzer büyüklükte ve yörüngede gezegen bulunmadığından, bu soruları cevaplamak zor oldu.
“Bu gezegenler nelerdir? Nasıl oluşurlar? Güneş sistemimizde neden yok? Bunlar temel sorular, ”diye açıklıyor Chicago Üniversitesi'nde çok sayıda öte gezegen gözlemine öncülük eden bir astronom olan Jacob Bean.
SİS PROBLEMİ
Alt Neptünlerin neyden yapıldığını ve nasıl oluştuklarını anlamanın anahtarı, atmosferlerini incelemektir. Ancak net bir görüş elde etmek kolay değildir.
Dış gezegen atmosferlerini analiz etmenin en etkili yöntemi, iletim spektroskopisi ((tayf bilimi) en çok tanınan hâli ile maddenin özelliklerinin, soğrulan ve salınan parçacıklar, ışık, veya ses aracılığı ile incelenmesidir.-İ.V.) olarak bilinen bir tekniktir.
Gezegen yıldızından geçerken, yıldız ışığının bazı dalga boyları (renkleri) gezegenin atmosferindeki gazlar tarafından filtrelenir. Her gaz türünün emdiği benzersiz bir "imza" veya dalga boyları kümesi olduğundan, iletim spektrumundaki kalıplara dayanarak bir atmosferin neyden yapıldığını anlamak mümkündür.
Bu teknik birçok ötegezegen için başarılı oldu, ancak çoğu alt Neptün için değil. Maryland Üniversitesi, College Park'tan ötegezegen atmosferlerinin teorik modellemesinde uzmanlaşan Eliza Kempton, "Neptün-altı gezegenlerin çok az atmosferik gözlemi oldu" diye açıklıyor. "Ve bunların çoğu, spektrumların atmosferdeki gazları tanımlamamıza izin verecek spektral özellikler yolunda fazla bir şey ortaya çıkarmadığı için tatmin edici değildir."
Sorun, bulutları veya pusları oluşturan aerosoller, küçük parçacıklar ve damlacıklar gibi görünüyor. Bu parçacıklar yıldız ışığını saçar, belirgin tayfsal tepe noktalarını ince dalgalanmalara dönüştürür ve gaz bileşimini belirleme açısından tayfı neredeyse işe yaramaz hale getirir.
Ancak Webb ile araştırmacılar, Neptün'ün alt bölgelerine ilişkin çok daha net bir görüşün ufukta olduğundan eminler. Bean ve Kempton tarafından ortaklaşa yönetilen ve Webb operasyonlarının ilk yılı için planlanan iki gözlem programı, Neptün altı boyutlu iki gezegeni araştırmak için Webb'in benzersiz güçlü yeteneklerini kullanacak: GJ 1214 b, arketip( ilk örnek, asıl numune-İ.V.) alt Neptün; ve TOI-421 b, daha yeni bir keşif.
ALT NEPTÜN ARKETİPİ: GJ 1214 B
Yakınlardaki bir kırmızı cüce ( Yıldızların büyük çoğunluğunu oluşturan kırmızı cüceler yaklaşık olarak Güneş'in yarısından daha az kütleye sahiptirler ve yüzey sıcaklıkları 3.227 C'den düşüktür.-İ.V.)yıldızın yörüngesinde dönen sıcak bir alt Neptün olan GJ 1214 b, düzinelerce araştırmaya konu oldu. Kısa yörünge periyodu, yıldızına göre büyük boyutu ve Dünya'ya olan karşılaştırmalı yakınlığı ile etkili bir şekilde gözlemlemeyi kolaylaştırırken, referans noktası bildiğimiz Neptün'ün statüsü - ve Bean'e göre, "en gizemli ötegezegen” – olması ,onu araştırmaya değer bir hedef haline getirir.
Ekip , gezegen birden fazla tam yörüngeyi tamamlarken yaklaşık 50 saat boyunca neredeyse kesintisiz olarak GJ 1214 sistemine bakmak için Webb'in Orta Kızılötesi Enstrümanını (MIRI) kullanacak. Ardından, GJ 1214 b'nin atmosferini oluşturan olası gaz ve aerosol kombinasyonlarını daraltmak için verileri üç farklı şekilde analiz edecekler.
İletim Spektroskopisi: Su, metan veya amonyak gibi moleküller bolsa, iletim spektrumunda açık olmalıdırlar. Orta-kızılötesi ışık, aerosoller tarafından görünür ve yakın-kızılötesi ışıkla aynı şekilde dağılmamalıdır.
Termal Emisyon Spektroskopisi: Gezegenin kendisi tarafından yayılan orta-kızılötesi ışık, her ikisi de atmosferden etkilenen gezegenin sıcaklığı ve yansıtıcılığı hakkında bilgi sağlayacaktır. Örneğin karanlık, isli, ışığı emen bir pusla çevrili bir gezegen, parlak, yansıtıcı bulutlarla kaplı bir gezegenden daha sıcak olacaktır.
Faz Eğrisi Sıcaklık Haritalaması: Webb, GJ 1214 b'yi doğrudan gözlemleyemeyecek olsa da (gezegen yıldızına çok yakındır), gezegen yörüngedeyken sistemden gelen toplam ışık miktarındaki çok ince değişiklikleri ölçmek için yeterince hassastır. Araştırmacılar, gezegenin ortalama sıcaklığını boylamla haritalamak için GJ 1214 b'nin faz eğrisini, faza karşı parlaklık grafiğini (yani, gezegenin gün tarafının ne kadarının teleskoba baktığını) kullanacaklar. Bu, atmosferin dolaşımı ve yapısı hakkında ek bilgi sağlayacaktır.
GJ 1214 b gibi sıcak alt Neptünleri çevreleyen aerosollerin neyden yapıldığı belli değil, ancak Satürn'ün ayı Titan'da bulunan sis benzeri pus oluşturanlara benzer olabilirler. Bu hipotezi test etmek için araştırmacılar, büyüklük ve yoğunluk olarak GJ 1214 b'ye benzeyen, ancak isli sisin var olamayacak kadar sıcak olduğu düşünülen bir gezegen olan TOI-421 b'yi hedef almaya karar verdiler.
Webb, TOI-421 b'yi yıldızından geçerken , bir kez Yakın Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarıksız Spektrografı (NIRISS) kullanarak ve yine Yakın Kızılötesi Spektrografı (NIRSpec) kullanarak gezegeni iki kez gözlemleyecektir . Hipotez doğruysa ve TOI-421 b'nin gökyüzü açıksa, spektrum su, metan ve karbondioksit gibi moleküllerin bolluğunu ölçmek için kullanılabilir. Sonuçta TOI-421 b'nin bir aerosol sorunu olduğu ortaya çıkarsa, ekip bu aerosollerin neyden yapıldığını daha iyi anlamak için verileri kullanacak.
Kempton ve Bean, bilim insanlarının Webb ile bir dizi farklı yoldan anlaşılması zor Neptün-altı atmosferlerini araştırarak, sonunda yalnızca bu iki belirli nesneyi değil, tüm bir gezegen sınıfını anlamaya başlayacaklarından eminler.
Hem GJ 1214 b'nin MIRI gözlemleri hem de TOI-421 b'nin NIRISS ve NIRSpec gözlemleri Webb'in Döngü 1 Genel Gözlemciler programının bir parçası olarak gerçekleştirilecektir . Genel Gözlemciler programları, Hubble'da zaman ayırmak için kullanılan aynı sistem olan ikili anonim bir inceleme sistemi kullanılarak rekabetçi bir şekilde seçildi.
Bu Resim Hakkında : Mevcut bilgilere göre GJ 1214 b dış gezegeninin nasıl görünebileceğini gösteren çizim. Dünya'dan yaklaşık 48 ışık yılı uzaklıkta, Neptün'ün alt boyutunda, sıcak bir ötegezegen olan GJ 1214b, galaksideki en çok çalışılan ötegezegenlerden biridir. Daha önceki spektroskopik gözlemler, gezegenin aerosollerle (bulutlar veya puslar) örtüldüğünü gösteriyor; bu, şimdiye kadar kalın atmosferini oluşturan gazların bileşimini belirlemeyi imkansız hale getirdi.
Bu çizim, gezegen ve ev sahibi yıldızı hakkındaki bilgilerimize ve gezegenin atmosferinin olası özelliklerine ilişkin tahminlere dayanmaktadır. Webb'den alınan spektroskopik veriler, gezegenin atmosferini oluşturan gazları ve aerosolleri daha iyi anlamamıza yardımcı olacak.
GJ 1214 b, büyüklük (yarıçap Dünya'nın 2,74 katı), kütle (Dünya'nın 8,2 katı) ve yoğunluk (suyun 2,2 katı) bakımından Dünya ile Neptün arasındadır. Yıldızının yörüngesinde yalnızca 0.015 astronomik birim (Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin %1.5'i) uzaklıkta döner ve bir yörüngeyi 1.58 Dünya gününde tamamlar.
Yıldız, GJ 1214, Güneş'inkinin sadece 0,22 katı bir yarıçapa, Güneş'in sadece 0,18 katı bir kütleye ve sadece yaklaşık 2,500 santigrad derece ve güneşten daha soğuk olan soğuk kırmızı cüce yıldızdır. Kaynak : NASA, ESA, CSA, Resim : Dani Player (STScI)
Kaynak : NASA, ESA, CSA Sürüm Kimliği: 2021-054
