Ο πάγος από πυρίτιο τυλίγει τη φλογερή ατμόσφαιρα του καυτού εξωπλανήτη Δία

Νιφάδες πυριτίου «χιόνι» γεμίζουν τον ουρανό του υπερθερμασμένου, φουσκωμένου εξωπλανήτη WASP-17 β.

Μια ματιά σε ένα από τα πιο κοινά και οικεία ορυκτά στη Γη σπάνια αξίζει μια επικεφαλίδα. Ο χαλαζίας βρίσκεται σε άμμο παραλίας, οικοδομικές πέτρες, γεώδες και καταστήματα πολύτιμων λίθων σε όλο τον κόσμο. Λιώνεται για την παραγωγή γυαλιού, εξευγενίζεται για μικροτσίπ πυριτίου και χρησιμοποιείται σε ρολόγια για να κρατά χρόνο.

Από τι λοιπόν διακρίνεται η τελευταία ανακάλυψη; NASA‘μικρό Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb? Φανταστείτε ότι οι κρύσταλλοι χαλαζία εμφανίζονται κυριολεκτικά από τον αέρα. Μια ομίχλη από λαμπερούς κόκκους τόσο μικρά που 10.000 από αυτούς μπορούσαν να χωρέσουν δίπλα-δίπλα σε μια ανθρώπινη τρίχα. Σμήνη από μυτερά νανοσωματίδια γυαλιού τρέχουν μέσα στην καυτή ατμόσφαιρα ενός φουσκωμένου γίγαντα αερίου Εξωπλανήτης Με χιλιάδες μίλια την ώρα.

Η μοναδική ικανότητα του Webb να μετράει τις εξαιρετικά λεπτές επιδράσεις αυτών των κρυστάλλων στο φως των αστεριών —και από απόσταση τουλάχιστον επτά εκατομμυρίων δισεκατομμυρίων μιλίων— παρέχει σημαντικές πληροφορίες για τη σύνθεση των εξωπλανητών ατμοσφαιρών και νέες πληροφορίες για τον καιρό τους.

Το φάσμα μετάδοσης του γιγάντιου εξωπλανήτη θερμού αερίου WASP-17 b, που καταγράφηκε από το MIRI (Webb Mid-Infrared Instrument) στις 12-13 Μαρτίου 2023, αποκαλύπτει τα πρώτα στοιχεία χαλαζία (κρυσταλλικό πυρίτιο, SiO2) στα σύννεφα του εξωπλανήτη. .
Το φάσμα δημιουργήθηκε με τη μέτρηση της αλλαγής στη φωτεινότητα των 28 ζωνών μήκους κύματος μεσαίου υπέρυθρου φωτός καθώς ο πλανήτης περνάει από το αστέρι του. Ο Webb παρατήρησε το σύστημα WASP-17 χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο MIRI χαμηλής ανάλυσης για περίπου 10 ώρες, συλλέγοντας περισσότερες από 1.275 μετρήσεις πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη διέλευση.
Για κάθε μήκος κύματος, η ποσότητα του φωτός που μπλοκάρεται από την ατμόσφαιρα του πλανήτη (λευκοί κύκλοι) υπολογίστηκε αφαιρώντας την ποσότητα που πέρασε από την ατμόσφαιρα από την ποσότητα που αρχικά εκπέμπει το αστέρι.
Η συμπαγής μοβ γραμμή είναι το μοντέλο που ταιριάζει καλύτερα στα δεδομένα Webb (MIRI), Hubble και Spitzer. (Τα δεδομένα Hubble και Spitzer καλύπτουν μήκη κύματος από 0,34 έως 4,5 μικρά και δεν φαίνονται στο γράφημα.) Το φάσμα δείχνει ένα σαφές χαρακτηριστικό στα 8,6 μικρά περίπου, το οποίο οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι προκαλείται από σωματίδια πυριτίου που απορροφούν μέρος του αστρικού φωτός που διέρχεται από την ατμόσφαιρα .
Η κίτρινη διακεκομμένη γραμμή δείχνει πώς θα ήταν αυτό το τμήμα του φάσματος μετάδοσης εάν τα σύννεφα στην ατμόσφαιρα του WASP-17 b δεν περιείχαν SiO2.
Αυτή είναι η πρώτη φορά που το SiO2 έχει εντοπιστεί σε έναν εξωπλανήτη και η πρώτη φορά που κάποιος συγκεκριμένος τύπος σύννεφου έχει εντοπιστεί σε έναν διερχόμενο εξωπλανήτη.
Πίστωση εικόνας: NASA, ESA, CSA, Ralph Crawford (STScI), David Grant (Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ), Hannah R. Wakeford (Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ), Nicole Lewis (Πανεπιστήμιο Cornell)

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Webb ανιχνεύει μικροσκοπικούς κρυστάλλους χαλαζία σε γιγάντια σύννεφα ζεστού αερίου

Ερευνητές που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA ανακάλυψαν στοιχεία νανοκρυστάλλων χαλαζία στα σύννεφα μεγάλου υψομέτρου του WASP-17 b, ενός καυτό πλανήτη. Ζεύς Ένας εξωπλανήτης απέχει 1.300 έτη φωτός από τη Γη. Αυτή η ανακάλυψη, η οποία ήταν μοναδικά δυνατή χρησιμοποιώντας το MIRI (το μέσο υπέρυθρο όργανο του Webb), αντιπροσωπεύει την πρώτη φορά που ανιχνεύθηκε πυρίτιο (SiO).₂) Έχουν ανιχνευθεί σωματίδια στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη.

“Είμαστε ενθουσιασμένοι!” Ο David Grant, ερευνητής στο… Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ Στο Ηνωμένο Βασίλειο και πρώτος συγγραφέας μιας εργασίας που δημοσιεύτηκε σήμερα (16 Οκτωβρίου) στο Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού. «Γνωρίζαμε από τις παρατηρήσεις του Hubble ότι τα αερολύματα – μικρά σωματίδια που σχηματίζουν σύννεφα ή ομίχλη – πρέπει να υπάρχουν στην ατμόσφαιρα του WASP-17 b, αλλά δεν περιμέναμε να είναι κατασκευασμένα από χαλαζία».

Τα πυριτικά (ορυκτά πλούσια σε πυρίτιο και οξυγόνο) αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της Γης και της Σελήνης καθώς και άλλα βραχώδη σώματα στο ηλιακό μας σύστημα και είναι εξαιρετικά κοινά σε όλο τον γαλαξία. Αλλά οι πυριτικοί κόκκοι που είχαν ανιχνευθεί προηγουμένως στις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών και των καφέ νάνων φαίνεται να αποτελούνται από πυριτικά άλατα πλούσια σε μαγνήσιο όπως η ολιβίνη και το πυροξένιο, όχι μόνο από χαλαζία – που είναι καθαρό SiO.₂.

Το εύρημα αυτής της ομάδας, η οποία περιλαμβάνει επίσης ερευνητές από το Ερευνητικό Κέντρο Έιμς της NASA και το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA, δίνει μια νέα στροφή στην κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα εξωπλανητικά σύννεφα. «Περιμέναμε πλήρως να δούμε πυριτικό μαγνήσιο», είπε η συν-συγγραφέας Hannah Wakeford, επίσης από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ. «Αλλά αυτό που βλέπουμε είναι πιθανότατα τα δομικά στοιχεία αυτών των σωματιδίων, τα μικροσκοπικά σωματίδια «σπόροι» που χρειάζονται για να σχηματίσουν τους μεγαλύτερους πυριτικούς κόκκους που ανιχνεύουμε σε ψυχρούς εξωπλανήτες και καφέ νάνους».

Ανακαλύψτε τις λεπτές διαφορές

Με όγκο περισσότερο από επτά φορές μεγαλύτερο από το μέγεθος του Δία και μάζα μικρότερη από το μισό από αυτόν του Δία, ο WASP-17 b είναι ένας από τους μεγαλύτερους και πιο φουσκωτούς εξωπλανήτες που είναι γνωστοί. Αυτό, σε συνδυασμό με τη σύντομη τροχιακή του περίοδο των μόλις 3,7 γήινων ημερών, καθιστά τον πλανήτη ιδανικό για φασματοσκοπία μετάδοσης: μια τεχνική που περιλαμβάνει τη μέτρηση των επιπτώσεων φιλτραρίσματος και σκέδασης της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη στο φως των αστεριών.

Ο Webb παρακολούθησε το σύστημα WASP-17 για περίπου 10 ώρες, συλλέγοντας περισσότερες από 1.275 μετρήσεις της φωτεινότητας του μεσαίου υπέρυθρου φωτός 5 έως 12 micron καθώς ο πλανήτης διέσχιζε το αστέρι του. Αφαιρώντας τη φωτεινότητα των επιμέρους μηκών κύματος φωτός που έφτασαν στο τηλεσκόπιο όταν ο πλανήτης ήταν μπροστά από το αστέρι από εκείνη του αστεριού μόνο, η ομάδα ήταν σε θέση να υπολογίσει πόσο από κάθε μήκος κύματος μπλοκαρίστηκε από την ατμόσφαιρα του πλανήτη.

Αυτό που προέκυψε ήταν ένα απροσδόκητο “χτύπημα” στα 8,6 μικρά, ένα χαρακτηριστικό που δεν θα ήταν αναμενόμενο εάν τα σύννεφα ήταν κατασκευασμένα από πυριτικό μαγνήσιο ή άλλα αερολύματα δυνητικά υψηλής θερμοκρασίας όπως οξείδιο αλουμινίου, αλλά είναι απολύτως λογικό αν ήταν κατασκευασμένα από χαλαζία .

Κρύσταλλοι, σύννεφα και άνεμος

Ενώ αυτοί οι κρύσταλλοι μπορεί να είναι παρόμοιοι σε σχήμα με τα μυτερά εξαγωνικά πρίσματα που βρίσκονται σε γεώδες και καταστήματα πολύτιμων λίθων στη Γη, ο καθένας έχει μόνο περίπου 10 νανόμετρα – ένα εκατομμυριοστό του εκατοστού.

«Τα δεδομένα του Hubble έπαιξαν ουσιαστικό ρόλο στον προσδιορισμό του μεγέθους αυτών των σωματιδίων», εξήγησε η συν-συγγραφέας Nicole Lewis από το Πανεπιστήμιο Cornell, η οποία ηγείται του προγράμματος Web Guaranteed Time Observation (GTO) που έχει σχεδιαστεί για να βοηθήσει στη δημιουργία μιας τρισδιάστατης άποψης θερμών πλανητών. Η ατμόσφαιρα του Δία. «Γνωρίζουμε για την παρουσία πυριτίου μόνο από τα δεδομένα MIRI του Webb, αλλά χρειαζόμασταν ορατές και σχεδόν υπέρυθρες παρατηρήσεις από το Hubble για το πλαίσιο, για να γνωρίζουμε πόσο μεγάλοι είναι οι κρύσταλλοι».

Σε αντίθεση με τα ορυκτά σωματίδια που βρέθηκαν στα σύννεφα στη Γη, οι κρύσταλλοι χαλαζία που εντοπίστηκαν στα σύννεφα του WASP-17 b δεν ανακτήθηκαν από μια βραχώδη επιφάνεια. Αντίθετα, προέρχονται από την ίδια την ατμόσφαιρα. «Το WASP-17 b είναι εξαιρετικά ζεστό – περίπου 2.700 μοίρες φά (1500 μοίρες Κελσίου) – Η πίεση όπου σχηματίζονται κρύσταλλοι χαλαζία ψηλά στην ατμόσφαιρα δεν υπερβαίνει περίπου το ένα χιλιοστό αυτής που βιώνουμε στην επιφάνεια της Γης. «Υπό αυτές τις συνθήκες, στερεοί κρύσταλλοι μπορούν να σχηματιστούν απευθείας από το αέριο, χωρίς να περάσουν πρώτα από υγρή φάση».

Η κατανόηση των συστατικών των νεφών είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του πλανήτη στο σύνολό του. Οι θερμοί Δίες όπως ο WASP-17 b αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο, με μικρές ποσότητες άλλων αερίων όπως υδρατμούς (Η).₂Ο) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂). «Αν λάβουμε υπόψη μόνο το οξυγόνο που περιέχεται σε αυτά τα αέρια και παραμελήσουμε να συμπεριλάβουμε όλο το οξυγόνο που έχει παγιδευτεί σε ορυκτά όπως ο χαλαζίας (SiO),₂Θα μειώσουμε δραματικά τη συνολική αφθονία», εξήγησε ο Wakeford. «Αυτοί οι όμορφοι κρύσταλλοι πυριτίου μας λένε για το απόθεμα διαφορετικών υλικών και πώς συνδυάζονται όλα μαζί για να διαμορφώσουν το περιβάλλον αυτού του πλανήτη».

Είναι δύσκολο να προσδιοριστεί ακριβώς πόση ποσότητα χαλαζία υπάρχει και πόσο διαδεδομένα είναι τα σύννεφα. «Τα σύννεφα είναι πιθανό να υπάρχουν κατά τη μετάβαση μεταξύ ημέρας και νύχτας, η οποία είναι η περιοχή που εξερευνούν οι παρατηρήσεις μας», είπε ο Γκραντ. Επειδή ο πλανήτης είναι παλιρροιακά κλειδωμένος με μια πολύ ζεστή μέρα και μια πιο δροσερή νύχτα, τα σύννεφα πιθανότατα περιφέρονται γύρω από τον πλανήτη, αλλά εξατμίζονται όταν φτάσουν στην πιο ζεστή μέρα. «Ο άνεμος μπορεί να μετακινήσει αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια γυαλιού με χιλιάδες μίλια την ώρα».

Ο WASP-17 b είναι ένας από τους τρεις πλανήτες που στοχεύει η ομάδα επιστημόνων JWST για τη βαθιά αναγνώριση εξωπλανητών ατμοσφαιρών με χρήση ανιχνευτών φασματοσκοπίας πολλαπλών οργάνων ανάλυσης (DREAMS), οι οποίοι έχουν σχεδιαστεί για να συλλέγουν ένα ολοκληρωμένο σύνολο παρατηρήσεων ενός μόνο αντιπροσώπου από κάθε μεγάλη κατηγορία εξωπλανητών. : Ο Δίας είναι ζεστός, ζεστός ΠοσειδώναςΚαι ένας μέτριος βραχώδης πλανήτης. Οι παρατηρήσεις MIRI του θερμού Jupiter WASP-17 b έγιναν ως μέρος του προγράμματος GTO 1353.

Αναφορά: «JWST-TST Dreams: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b» από τον David Grant, Nicole K. Λιούις, Χάνα Ρ. Γουέικφορντ, Νατάσα Ε. Batalha, Anna Glidden, Jayesh Goyal, Elijah Mullins, Ryan J. MacDonald, Erin M. May, Sarah Seager, Kevin B. Stevenson, Jeff A. Valenti, Channon Fisher, Lily Alderson, Natalie H. Allen, Caleb I. Cañas, Kenkol Colon, Mark Clampin, Nestor Espinoza, Amelie Gresier, Jingsheng Huang, Zifan Lin, Douglas Long, Dana R. Λόου, Μαρία Πένια Γκερέρο, Σουκρίτ Ράνγκαν, Κριστίν Σ. Σότζεν, Ντάνιελ Βαλεντάιν, Τζέι Άντερσον, Γουίλιαμ Ο. Palmer, Andrea Bellini, Kellan K. W. Hoch, Jens Kammerer, Mattia Liberalto, C. Matt Mountain, Marshall de Perrin, Laurent Boyot, Emily Rickman, Isabel Rebolledo, Sangmo Tony Son, Roland P. van der Marel και Laura L. Watkins, 16 Οκτωβρίου 2023, Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού.
doi: 10.3847/2041-8213/acfc3b

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο διαστημικής επιστήμης στον κόσμο. Ο Webb λύνει τα μυστήρια του ηλιακού μας συστήματος, κοιτάζει πέρα ​​από τους μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα αστέρια και εξερευνά τις μυστηριώδεις δομές και την προέλευση του σύμπαντός μας και τη θέση μας σε αυτό. Το WEB είναι ένα διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA με τους εταίρους της τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA).Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος) και την Καναδική Διαστημική Υπηρεσία.