Разгадка тайны «горячего Сатурна» и его крапчатой ​​звезды

Астрономы использовали космический телескоп Джеймса Уэбба для изучения галактической атмосферы Экзопланета HAT-P-18 b обнаруживает водяной пар и углекислый газ с упором на влияние свойств родительской звезды на анализ данных.

Команда астрономов под руководством исследователей из Института исследования экзопланет Тротье Университета Монреаля (iREx) использовала возможности революционного космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) для изучения «горячих планет». Сатурн«Экзопланета HAT-P-18 б.

Их выводы были опубликованы в прошлом месяце в журнале Ежемесячные уведомления Королевского астрономического обществанарисуйте полную картину атмосферы HAT-P-18 b, одновременно исследуя главную проблему — различение атмосферных сигналов от активности ее звезды.

HAT-P-18 b расположена на расстоянии более 500 световых лет от нас, ее масса аналогична массе Сатурна, но размер ближе к массе более крупной планеты. Юпитер. В результате экзопланета имеет «пухлую» атмосферу, которая особенно идеальна для анализа.

Художественное изображение экзопланеты «горячего Сатурна» HAT-P-18 b. Фото: НАСА/Взгляд на экзопланеты.

Проходя над крапчатой ​​звездой

Наблюдения были сделаны с космического телескопа Джеймса Уэбба, когда HAT-P-18 b проходил перед солнцеподобной звездой. Этот момент называется транзитом и важен для обнаружения и описания экзопланеты, находящейся на расстоянии сотен световых лет, с поразительной точностью.

Астрономы не наблюдают напрямую свет, излучаемый далекой планетой. Вместо этого они изучают, как свет центральной звезды блокируется и на него влияет планета, вращающаяся вокруг нее, и поэтому должны попытаться отделить сигналы, возникающие в результате присутствия планеты, от сигналов, возникающих в результате свойств самой звезды.

Кривая блеска показывает яркость или яркость звезды с течением времени. Когда экзопланета проходит над звездой (так называемый транзит), часть света звезды блокируется экзопланетой. В результате светимость звезды уменьшается. Когда звездное пятно закрывает поверхность звезды или когда экзопланета проходит над темным пятном, астрономы могут видеть сигнал на кривой блеска в виде небольшого выступа в нижней части проходящей кривой блеска. Посмотрите полную анимацию этого графика ниже. Источник: Б. Гужон/Университет Монреаля

Как и наше Солнце, звезды не имеют однородной поверхности. Он может содержать темные звездные пятна и яркие области, которые могут генерировать сигналы, имитирующие особенности атмосферы планеты. Недавнее исследование экзопланеты TRAPPIST-1 b и ее звезды TRAPPIST-1, проведенное докторанткой UdeM Оливией Лим, стало свидетелем взрыва или вспышки на поверхности звезды, что повлияло на наблюдения.

В случае с HAT-P-18 b Уэббу удалось запечатлеть экзопланету, когда она проходила над темным пятном на своей звезде HAT-P-18. Это называется событием локализованного пересечения, и его эффект был очевиден в данных, собранных для нового исследования. Команда iREx также сообщила о наличии нескольких других звездных пятен на поверхности HAT-P-18, которые не были скрыты экзопланетой.

Чтобы точно определить состав атмосферы экзопланеты, исследователям пришлось одновременно смоделировать атмосферу планеты, а также свойства ее звезды. В своем исследовании они отмечают, что такое соображение будет иметь решающее значение для будущих наблюдений экзопланеты Уэбба, чтобы полностью использовать ее потенциал.

«Мы обнаружили, что учет звездного загрязнения означает пятна и облака вместо дымки и восстанавливает содержание водяного пара примерно с более низкой скоростью», — сказала ведущий автор Марилу Фурнье-Тондро.

«Поэтому взгляд на главную звезду системы имеет большое значение», — добавил Фурнье Тондро, который выполнял эту работу в магистратуре iREx и сейчас работает над докторской диссертацией. в Оксфордский университет.

«На самом деле это первый раз, когда мы четко отделили дымку от звездных пятен благодаря инструменту NIRISS (ближний инфракрасный спектрограф и нещелевой спектрограф) в Канаде, который обеспечивает более широкий охват длин волн, простирающийся до диапазона видимого света».

Вода, углекислый газ и облака в горящей атмосфере

После моделирования экзопланеты и звезды в системе HAT-P-18 астрономы iREx выполнили микрорассечение состава атмосферы HAT-P-18 b. Изучая фильтрацию света через атмосферу экзопланеты, когда она проходит мимо своей родительской звезды, исследователи обнаружили присутствие водяного пара (H2O) и углекислого газа (CO2).

Исследователи также изучили возможное присутствие натрия и наблюдали явные признаки облачной поверхности в атмосфере HAT-P-18 b, которая, по-видимому, приглушает сигналы многих молекул внутри нее. Они также пришли к выводу, что поверхность звезды покрыта множеством темных пятен, что может существенно повлиять на интерпретацию данных.

Предыдущий анализ тех же данных космического телескопа Джеймса Уэбба, проведенный командой из Университета Джонса Хопкинса, также выявил четкое обнаружение воды и углекислого газа, а также сообщил об обнаружении небольших высотных частиц, называемых аэрозолями, и обнаружил намеки на метан (CH4). ). Астрономы iREx рисуют иную картину.

Открытие CH4 не было подтверждено, а содержание идентифицированной ими воды было в десять раз ниже, чем обнаруживалось ранее. Они также обнаружили, что обнаружение дымки в предыдущем исследовании могло быть вызвано звездными пятнами на поверхности звезды, что подчеркивает важность принятия звезды во внимание в анализе.

Может ли экзопланета поддерживать жизнь? Невероятно. Хотя такие молекулы, как вода, углекислый газ и метан, можно интерпретировать как биосигнатуры или признаки жизни, в определенных пропорциях или в сочетании с другими молекулами, палящие температуры HAT-P-18 b близки к 600 градусам. Цельсия Это не сулит ничего хорошего для обитаемости планеты.

Будущие наблюдения с помощью другого инструмента космического телескопа Джеймса Уэбба, спектрометра ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), обещают помочь улучшить результаты команды, такие как открытие углекислого газа, и пролить больше света на сложности этой горячей экзопланеты Сатурна. .

Ссылка: «Пропускная спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне HAT-P-18 b с NIRISS: деконструкция планетарных и звездных особенностей в эпоху JWST», Марилу Фурнье Тондро, Райан Дж. Макдональд, Майкл Радика, Дэвид Лафреньер, Луи Уилбэнкс, Кэролин Пиолетт, Луи Филипп Куломб, Ромен Аллар, Ким Морель, Этьен Артигао, Лоик Альберт, Оливия Лим, Рене Дойон, Бьерн Бенеке, Джейсон Ф. Ру, Антуан Дарво-Бернье, Николас Б. Коуэн, Николь К. Льюис, Нил Джеймс Кук, Лаура Флэгг, Фредерик Женест, Стефан Пеллетье, Дуг Джонстон, Лиза Данг, Лиза Калтенеггер, Джейк Тейлор и Джейк Д. Тернер, 9 декабря 2023 г., Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
doi: 10.1093/manras/stad3813