Nya fynd tyder på varför

By | February 4, 2024

Den här artikeln har granskats i enlighet med Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har lyft fram följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

verifierad

pålitlig källa

korrekt


Provet av detta arbete är överlagrat med kända transitplaneter. Hexagoner indikerar planeter i vårt prov som också observeras av JWST fram till cykel 2, medan trianglar ännu inte är planerade eller godkända för JWST-observationer. De valda målen har taggats. Kreditera: Breven från den astrofysiska dagboken (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b5c

× nära


Provet av detta arbete är överlagrat med kända transitplaneter. Hexagoner indikerar planeter i vårt prov som också observeras av JWST fram till cykel 2, medan trianglar ännu inte är planerade eller godkända för JWST-observationer. De valda målen har taggats. Kreditera: Breven från den astrofysiska dagboken (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b5c

Studiet av “exoplaneter”, det science fiction-klingande namnet för alla planeter i kosmos bortom vårt eget solsystem, är ett ganska nytt område. I första hand använder exoplanetforskare som de vid University of Kansas ExoLab data från rymdteleskop som Hubble Space Telescope och Webb Space Telescope. Närhelst nyhetsrubriker erbjuder fynd av planeter “jordliknande” eller med potential att upprätthålla mänskligheten, talar de om exoplaneter i vår egen Vintergatans galax.

Jonathan Brande, doktorand vid University of Kansas ExoLab, publicerade just sina resultat i Breven från den astrofysiska dagboken visar nya atmosfäriska detaljer på en uppsättning av 15 Neptunusliknande exoplaneter. Även om ingen kunde stödja mänskligheten, kan en bättre förståelse av deras beteende hjälpa oss att förstå varför vi inte har en liten Neptunus, medan de flesta solsystem verkar ha en sådan planet.

“Under de senaste åren vid KU har mitt fokus varit på att studera exoplanetatmosfärer med hjälp av en teknik som kallas transmissionsspektroskopi,” sa Brande. “När en planet passerar, det vill säga rör sig mellan vår siktlinje och stjärnan den kretsar kring, passerar ljuset från stjärnan genom planetens atmosfär och absorberas av de olika gaserna som finns. Genom att fånga ett spektrum av stjärnan, genom att passera ljus genom “Ett instrument som kallas en spektrograf, på samma sätt som att passera det genom ett prisma, observerar vi en regnbåge som mäter ljusstyrkan hos de olika ingående färgerna. “Varierande områden av ljusstyrka eller mörker i spektrumet avslöjar de ljusabsorberande gaserna i planetens atmosfär.”

Med hjälp av denna metod publicerade Brande för flera år sedan en artikel om den “varma Neptunus” exoplaneten TOI-674 b, där han presenterade observationer som indikerade närvaron av vattenånga i dess atmosfär. Dessa observationer var en del av ett större program som leddes av Brandes rådgivare, Ian Crossfield, docent i fysik och astronomi vid KU, för att observera atmosfärer av exoplaneter i Neptunusstorlek.

“Vi vill förstå beteendet hos dessa planeter, eftersom de som är något större än jorden och mindre än Neptunus är de vanligaste i galaxen,” sa Brande.

Det här nya dokumentet sammanfattar observationer från det programmet, och innehåller data från ytterligare observationer för att ta itu med varför vissa planeter verkar grumliga medan andra är klara.

“Målet är att utforska de fysiska förklaringarna bakom de olika utseenden på dessa planeter,” sa Brande.

Brande och hans medförfattare ägnade särskild uppmärksamhet åt regioner där exoplaneter tenderar att bilda moln eller dis högt uppe i atmosfären. När dessa atmosfäriska aerosoler är närvarande, sa KU-forskaren att diset kan blockera ljus från att filtrera genom atmosfären.

“Om en planet har ett moln precis ovanför ytan med hundratals kilometer klar luft ovanför sig, kan stjärnljus lätt passera genom den klara luften och absorberas endast av specifika gaser i den delen av atmosfären,” sa Brande. “Men om molnet är beläget mycket högt är molnen i allmänhet ogenomskinliga i hela det elektromagnetiska spektrumet. Även om dimmor har spektrala egenskaper, för vårt arbete, där vi fokuserar på ett relativt smalt område med Hubble, producerar de också “mest platta spektra .”

Enligt Brande, när dessa aerosoler finns högt uppe i atmosfären, finns det ingen tydlig väg för ljus att filtrera igenom.

“Med Hubble är den gas vi är mest känsliga för vattenånga,” sa han. “Om vi ​​observerar vattenånga i en planets atmosfär är det en bra indikation på att det inte finns några moln som är tillräckligt höga för att blockera dess absorption. Tvärtom, om ingen vattenånga observeras och bara ett platt spektrum ses, “Trots att man vet att planeten borde ha en utsträckt atmosfär, det antyder trolig närvaro av moln eller dimma på högre höjder.”

Brande ledde arbetet med ett internationellt team av astronomer på papperet, inklusive Crossfield vid KU och medarbetare vid Max Planck Institute i Heidelberg, Tyskland, en kohort ledd av Laura Kreidberg, och forskare vid University of Texas, Austin, ledd av Caroline Morley.

Brande och hans medförfattare närmade sig sin analys annorlunda än tidigare ansträngningar, med fokus på att bestämma de fysiska parametrarna för lilla Neptunus atmosfärer. Däremot innebar tidigare analyser ofta att ett enda modellspektrum anpassades till observationer.

“Vanligtvis skulle forskare ta en atmosfärisk modell med tidigare beräknad vattenhalt, skala den och ändra den för att matcha planeterna som observerades i deras prov,” sa Brande. “Det här tillvägagångssättet indikerar om spektrumet är klart eller grumligt, men ger ingen information om mängden vattenånga eller var molnen finns i atmosfären.”

Istället använde Brande en teknik som kallas “atmosfärisk återhämtning”.

“Detta innebar att modellera atmosfären genom olika parametrar på planeten, såsom mängden vattenånga och molnens placering, iteration genom hundratals och tusentals simuleringar för att hitta den bäst passande konfigurationen,” sa han.

“Våra hämtningar gav oss en bäst passande spektrummodell för varje planet, från vilken vi beräknade hur molnig eller klar planeten verkade vara. Vi jämförde sedan de uppmätta klarheterna med en separat uppsättning modeller från Caroline Morley, vilket gav oss möjlighet att för att se “Våra resultat är i linje med förväntningarna på liknande planeter. När vi undersökte beteendet hos moln och dimma, visade våra modeller att moln passar bättre än dimma.”

“Sedimentationseffektivitetsparametern, som återspeglar molnens kompakthet, antydde att de observerade planeterna hade relativt låg sedimenteringseffektivitet, vilket resulterade i fluffiga moln. Dessa moln, som består av vattendroppliknande partiklar, förblev upphöjda i atmosfären på grund av dess låg tendens att bosätta sig.”

Brandes fynd ger insikt i beteendet hos dessa planetatmosfärer och väckte “stort intresse” när han presenterade dem vid ett nyligen genomfört möte med American Astronomical Society.

Andra fynd

Brande är dessutom en del av ett internationellt observationsprogram, som leds av Crossfield, som just har tillkännagett fynd av vattenånga på GJ 9827d, en planet så varm som Venus 97 ljusår från jorden i konstellationen Fiskarna.

Observationerna, gjorda med rymdteleskopet Hubble, visar att planeten kan vara bara ett exempel på vattenrika planeter i Vintergatan. De tillkännagavs av ett team ledd av Pierre-Alexis Roy från Trottier Institute for Exoplanet Research vid University of Montreal.

“Vi letade efter vattenånga i atmosfären på planeter av sub-Neptunus-typ,” sa Brande. “Pierre-Alexis papper är den sista av den stora ansträngningen eftersom det tog cirka 10 eller 11 omlopp eller transiter av planeten för att göra vattenångsdetektering. Pierre-Alexis spektrum kom in i vår tidning som en av våra trendpunkter data. , och vi inkluderade alla planeter från deras förslag och andra som studerats i litteraturen, vilket stärkte våra resultat. Vi var i nära kommunikation med dem under processen för båda artiklarna för att säkerställa att vi använde lämpliga uppdaterade resultat och exakt återspeglade precision av deras fynd.”

Mer information:
Jonathan Brande et al, Moln och klarhet: återbesök trender i atmosfäriska egenskaper på Neptunus-stora exoplaneter, Breven från den astrofysiska dagboken (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b5c

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *