Webb identifierar metan i exoplanetens atmosfär

By | November 23, 2023

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

peer reviewed publikation

pålitlig källa

korrekt


Konstnärens återgivning av den varma exoplaneten WASP-80 b, vars färg kan verka blåaktig för det mänskliga ögat på grund av bristen på höghöjdsmoln och närvaron av atmosfäriskt metan som identifierats av NASA:s rymdteleskop James Webb, liknande planeterna Uranus och Neptunus i vårt eget solsystem. Bildkredit: NASA.

× nära


Konstnärens återgivning av den varma exoplaneten WASP-80 b, vars färg kan verka blåaktig för det mänskliga ögat på grund av bristen på höghöjdsmoln och närvaron av atmosfäriskt metan som identifierats av NASA:s rymdteleskop James Webb, liknande planeterna Uranus och Neptunus i vårt eget solsystem. Bildkredit: NASA.

Rymdteleskopet James Webb observerade exoplaneten WASP-80 b när den passerade framför och bakom sin värdstjärna, och avslöjade spektra som tyder på en atmosfär som innehåller metangas och vattenånga. Medan vattenånga hittills har upptäckts på mer än ett dussin planeter, har metan, en molekyl som finns i överflöd i Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus atmosfärer i vårt solsystem tills nyligen, förblivit svårfångade i atmosfärerna hos transiterande exoplaneter. . när de studeras med rumslig spektroskopi.

Taylor Bell från Bay Area Environmental Research Institute (BAERI), som arbetar vid NASA Ames Research Center i Silicon Valley, Kalifornien, och Luis Welbanks från Arizona State University berättar mer om vikten av upptäckten av metan i exoplanetatmosfärer och diskuterar hur Webbs observationer underlättade identifieringen av denna mycket eftertraktade molekyl. Dessa fynd publicerades nyligen i Natur.

“Med en temperatur på cirka 825 Kelvin (cirka 1 025 grader Fahrenheit) är WASP-80 b vad forskare kallar en “varm Jupiter”, som är planeter som i storlek och massa liknar planeten Jupiter i vårt solsystem men som har en temperatur det är mellan den för heta Jupiters, som HD 209458 b vid 1 450 K (2 150 F) (den första transiterande exoplaneten som upptäcktes), och kalla Jupiters, som vår, som är cirka 125 K (235 F)”.

“WASP-80 b kretsar runt sin röda dvärgstjärna en gång var tredje dag och ligger 163 ljusår från oss, i stjärnbilden Aquila. Eftersom planeten är så nära sin stjärna och båda är så långt ifrån oss kan vi “Vi kan inte se planeten direkt ens med de mest avancerade teleskopen som Webb. Istället studerar forskare det kombinerade ljuset från stjärnan och planeten med hjälp av transitmetoden (som har använts för att upptäcka de flesta kända exoplaneter) och förmörkelsemetoden.”

“Med hjälp av transitmetoden observerade vi systemet när planeten rörde sig framför sin stjärna från vårt perspektiv, vilket fick ljuset från stjärnan vi såg att dämpas lite. Det är som när någon går förbi en lampa och tänder den. ljus dämpas.”

“Under denna tid lyser stjärnan upp en tunn ring av planetens atmosfär runt planetens dag/natt-gräns, och i vissa ljusfärger där molekyler i planetens atmosfär absorberar ljus, verkar atmosfären tjockare och blockerar mer stjärnljus, vilket orsakar djupare nedbländning jämfört med andra våglängder där atmosfären verkar genomskinlig. Denna metod hjälper forskare som vi att förstå vad planetens atmosfär består av genom att se vilka ljusfärger som blockeras.

“Under tiden, med hjälp av förmörkelsemetoden, observerade vi systemet när planeten passerade bakom sin stjärna ur vårt perspektiv, vilket orsakade ytterligare en liten sänkning av det totala ljuset vi fick. Alla objekt avger något ljus, kallat termisk strålning, med intensiteten och färgen. av ljuset som sänds ut beror på hur varmt föremålet är.

“Precis före och efter förmörkelsen pekar planetens varma dagsida mot oss, och genom att mäta ljusfallet under förmörkelsen kunde vi mäta det infraröda ljuset som sänds ut av planeten. För förmörkelsespektra, absorptionen av molekyler i “Planetens atmosfär uppträder normalt som en minskning av det ljus som emitteras av planeten vid specifika våglängder. “Också, eftersom planeten är mycket mindre och kallare än dess värdstjärna, är djupet av en förmörkelse mycket grundare än djupet av en transit.”


Det uppmätta transitspektrumet (överst) och förmörkelsespektrumet (botten) av WASP-80 b från NIRCams slitslösa spektroskopiläge på NASA:s James Webb rymdteleskop. I båda spektra finns tydliga bevis för vatten- och metanabsorption vars bidrag indikeras av färgade konturer. Under en transit passerar planeten framför stjärnan, och i ett transitspektrum får närvaron av molekyler att planetens atmosfär blockerar mer ljus i vissa färger, vilket orsakar djupare dämpning vid dessa våglängder. Under en förmörkelse passerar planeten bakom stjärnan och i detta förmörkelsespektrum absorberar molekyler en del av det ljus som planeten sänder ut i specifika färger, vilket orsakar en mindre minskning av ljusstyrkan under förmörkelsen jämfört med en transit. Bildkredit: BAERI/NASA/Taylor Bell.

× nära


Det uppmätta transitspektrumet (överst) och förmörkelsespektrumet (botten) av WASP-80 b från NIRCams slitslösa spektroskopiläge på NASA:s James Webb rymdteleskop. I båda spektra finns tydliga bevis för vatten- och metanabsorption vars bidrag indikeras av färgade konturer. Under en transit passerar planeten framför stjärnan, och i ett transitspektrum får närvaron av molekyler att planetens atmosfär blockerar mer ljus i vissa färger, vilket orsakar djupare dämpning vid dessa våglängder. Under en förmörkelse passerar planeten bakom stjärnan och i detta förmörkelsespektrum absorberar molekyler en del av det ljus som planeten sänder ut i specifika färger, vilket orsakar en mindre minskning av ljusstyrkan under förmörkelsen jämfört med en transit. Bildkredit: BAERI/NASA/Taylor Bell.

“De första observationerna vi gjorde behövde omvandlas till något vi kallar ett spektrum; detta är i huvudsak ett mått som visar hur mycket ljus som blockeras eller sänds ut av planetens atmosfär till olika färger (eller våglängder) av ljus. Det finns många olika verktyg för att omvandla råa observationer till användbara spektra, så vi använde två olika tillvägagångssätt för att säkerställa att våra fynd var robusta för olika antaganden.”

“Vi tolkade sedan detta spektrum med hjälp av två typer av modeller för att simulera hur en planets atmosfär skulle se ut under sådana extrema förhållanden. Den första typen av modell är helt flexibel och testar miljontals kombinationer av metan- och vattenmängder och temperaturer för att hitta “Kombinationen som bäst matchar vår data. Den andra typen, som kallas “självkonsekventa modeller”, utforskar också miljontals kombinationer, men använder vår befintliga kunskap om fysik och kemi för att bestämma nivåerna av metan och vatten som kan förväntas.”

“Båda typerna av modeller kom till samma slutsats: en definitiv upptäckt av metan.”

“För att validera våra fynd använde vi robusta statistiska metoder för att bedöma sannolikheten för att vår upptäckt är slumpmässigt brus. Inom vårt område anser vi att “guldstandarden” är något som kallas “5-sigma-detektion”, det vill säga sannolikheterna för “Chancen för en falsk detektering i varje observation är 1 på 942 miljoner, vilket överstiger 5 sigma “guldstandarden” och stärker vårt förtroende för båda upptäckterna.”

“Med en sådan säker upptäckt hittade vi inte bara en mycket svårfångad molekyl, utan vi kan nu börja utforska vad denna kemiska sammansättning säger oss om planetens födelse, tillväxt och utveckling. Till exempel genom att mäta mängden metan och vatten På planeten kan vi sluta oss till förhållandet mellan kolatomer och syreatomer.”

“Detta förhållande förväntas förändras beroende på var och när planeter bildas i deras system. Därför kan en undersökning av detta förhållande mellan kol och syre ge ledtrådar om huruvida planeten bildades nära sin stjärna eller längre bort innan den gick vidare.” gradvis inåt. .”

“En annan sak som upphetsar oss med den här upptäckten är möjligheten att äntligen jämföra planeter utanför vårt solsystem med dem inuti det. NASA har en historia av att skicka rymdfarkoster till gasjättarna i vårt solsystem för att mäta mängden metan och andra. Nu, genom att ha en mätning av samma gas på en exoplanet kan vi börja göra en “äpplen till äpplen” jämförelse och se om förväntningarna från solsystemet matchar det vi ser utanför det.”

“Slutligen, när vi tittar på framtida upptäckter med Webb, visar detta resultat oss att vi är på gränsen till mer intressanta fynd. Ytterligare MIRI- och NIRCam-observationer av WASP-80 b med Webb kommer att göra det möjligt för oss att undersöka atmosfärens egenskaper vid olika våglängder av “Våra fynd får oss att tro att vi kommer att kunna observera andra kolrika molekyler, som kolmonoxid och koldioxid, vilket gör att vi kan måla en mer komplett bild av förhållandena i denna planets atmosfär.”

“Dessutom, när vi hittar metan och andra gaser på exoplaneter, kommer vi att fortsätta att utöka vår kunskap om hur kemi och fysik fungerar under förhållanden som skiljer sig från de vi har på jorden, och kanske snart, på andra planeter som påminner oss om de vi har. har på jorden.”Vi har. här hemma. En sak är klar: upptäcktsresan med James Webb Space Telescope är full av potentiella överraskningar.”

Mer information:
Taylor Bell, Metan i atmosfären av den varma exoplaneten WASP-80b, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06687-0. www.nature.com/articles/s41586-023-06687-0

Tidningsinformation:
Natur

Leave a Reply

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