Dažiem 880 XNUMX gaismas gadu no ZemesKosmosā lēnām sadalās ekstrēma gāzes gigants. Šī ir WASP-121 b, īpaši karsta Jupiteram līdzīga eksoplanēta, kas zaudē daļu savas atmosfēras un veido jaunu gāzes slāni. hēlija astes tik ilgi, ka tie ieskauj ievērojamu daļu no tās orbītas.
Pateicoties Džeimsa Veba kosmosa teleskopsStarptautiskam zinātnieku konsorcijam, kurā piedalījās Eiropas un Spānijas pārstāvji, ir izdevies izsekot šai atmosfēras izkļūšanai gandrīz pilnā planētas orbītā. Novērojumi pirmo reizi tik detalizēti ir atklājuši divas atšķirīgas hēlija astesViena, kas iet planētai pa priekšu, un otra, kas tai seko, apgāžot klasiskos modeļus, kas paredzēja vienas komētas līdzīgas struktūras esamību.
Īpaši karsts Jupiters uz savas zvaigznes robežas
WASP-121 b pieder pie kategorijas īpaši karsti JupiteriGāzes giganti ar masām, kas ir salīdzināmas ar Jupitera masu vai lielākas par to, bet riņķo ārkārtīgi tuvu savai zvaigznei. Šajā gadījumā planēta veic vienu apriņķojumu ap savu zvaigzni tikai 30 stundās jeb aptuveni 1,275 dienās, kas norāda uz brutālu tuvumu.
Šis attālums ir tik mazs, ka tas ir līdzvērtīgs tik tikko 2,6% no attāluma starp Zemi un SauliTā rezultātā planēta ir paisuma ziņā piesaistīta: tā vienmēr rāda vienu un to pašu seju pret zvaigzni, tāpat kā Mēness pret Zemi. Dienas puslodē temperatūra sasniedz vairākus tūkstošus grādu, un aplēses ir aptuveni 2350 kelvini vai vēl jo vairāk atmosfēras augšējos slāņos.
Arī planētas izmērs ir ārkārtējs. WASP-121 b masa ir līdzīga vai lielāka par Jupitera masu, bet tās rādiuss ir gandrīz tāds pats kā Jupiteram. divreiz vairāk nekā mūsu Saules sistēmas gigantsTas rada ļoti piepūstu atmosfēru. Šis gāzveida apvalks stiepjas ārpus tā sauktās Roša daivas, apgabala, kur planētas gravitācija var noturēt gāzi pret zvaigznes pievilkšanas spēku.
Šādos apstākļos vieglās gāzes, īpaši ūdeņradis un hēlijsTiem ir ļoti viegli izbēgt. Taču ārkārtējais karstums un paisuma spēki ne tikai izdzen vieglos elementus: tie velk līdzi arī smagākus materiālus, tostarp sārmu metāli un tādas sugas kā silīcija monoksīds, būtiski mainot atmosfēras struktūru.
Rekordliels sasniegumu skaits ar Džeimsu Vebu
Hēlija astīšu atklāšana ir balstīta uz a ilgstoša novērošanas kampaņa ar Džeimsa Vēba kosmosa teleskops (JWST)Gandrīz 37 stundas pēc kārtas teleskops reģistrēja mainīgās zvaigznes spektrā hēlija absorbcijas dēļ planētas atmosfērā, un šis periods aptver vairāk nekā vienu pilnu WASP-121 b orbītu.
Galvenais ir bijis ļoti jutīgu infrasarkano staru instrumentu izmantošana, tostarp NIRISSŠo spektrogrāfu izstrādāja Kanādas Kosmosa aģentūra sadarbībā ar ESA un NASA, un tas ļauj noteikt tā parakstu. Hēlijs metastabilā stāvoklī, sava veida ķīmiskais pirkstu nospiedums, kas ir ļoti noderīgs, lai izsekotu gāzi, kas izplūst kosmosā.
Līdz šim lielākā daļa pētījumu par atmosfēras noplūdi uz eksoplanētām aprobežojās ar īsiem laika intervāliem, parasti tad, kad planēta pārvietojās savas zvaigznes diska priekšā. Tomēr šajā gadījumā ir bijis iespējams izsekot atmosfēras izkļūšana aptuveni 60% no orbītasgan tranzīta laikā, gan ārpus tā.
Šī nepārtrauktā pieeja ir ļāvusi veikt daudz detalizētāku rekonstrukciju. gāzes plūsmu trīsdimensiju ģeometrija ap planētu. Dati liecina, ka hēlijs ieskauj WASP-121 ba gar lielāko tās orbitālā ceļa daļu, kā rezultātā tā struktūra ir daudz sarežģītāka nekā vienkārša aste, kas ir saslēgta ar zvaigžņu vēju.
Divas hēlija astes: viena priekšā un viena aizmugurē
Novērojumu analīze ir atklājusi, ka WASP-121 b izplūstošā atmosfēra ir organizēta divas atšķirīgas hēlija astesPirmā, kas pazīstama kā vadošā straume, atrodas planētas orbitālās kustības priekšā. Otrā, ko sauc par aizmugures straumi, stiepjas aiz tās un pakāpeniski izklīst.
La priekšējā aste Šķiet, ka to spēcīgi ietekmē zvaigznes gravitācija. Daļa hēlija, kas atstāj planētu, burtiski tiek "ievilkta" uz iekšu, novirzīta uz gravitācijas līdzsvara zonu, kas pazīstama kā Lagranža punkts L4Daži modeļi liecina, ka šīs gāzes akrācijas process zvaigznes virzienā varētu pat sākties.
Savukārt aste To dominē radiācijas spiediens un zvaigžņu vējš. Materiāls, kas izplūst no dienas puslodes un planētas terminatora, tiek atgrūsts, veidojot plašu asti, kas pakāpeniski atšķaidās ap zvaigzni esošajā vidē.
Dati liecina, ka šīs rindas sniedzas milzīgos attālumos, aptuveni vairāk nekā 100 reizes lielāks par planētas rādiusuMēs runājam par garumiem, kas sasniedz aptuveni 107 planētu rādiusus, kas ir salīdzināmi ar vienu desmitdaļu astronomiskās vienības, tas ir, aptuveni 0,1 reizi lielāks par vidējo attālumu starp Zemi un SauliVizuāli, ja mēs varētu sistēmu novērot rūpīgi, mēs redzētu planētu, ko ieskauj gāzveida struktūra, kas pārklāj ievērojamu daļu no tās orbītas.
Šī divējāda konfigurācija ir pārsteigusi zinātnieku aprindas. klasiskie hidrodinamiskie modeļi Atmosfēras izkļūšanas modeļi parasti paredz vienu asti, kas sakrīt ar zvaigžņu vēju, līdzīgi kā komētas asteTomēr WASP-121 b gadījumā ir novērots daudz sarežģītāks sadalījums, kas liek pārskatīt simulācijas un ņemt vērā kombinēto mijiedarbību. starojums, vēji, gravitācijas plūdmaiņas un rotācija.
Hidrodinamiskie procesi un ārkārtēja atmosfēras noplūde
Šīs parādības pamatā ir tas, ko eksperti sauc par hidrodinamiskā izplūdes gāzeAtšķirībā no mazākiem gāzes zudumiem, šeit atmosfēras augšējo slāņu ārkārtēja sakaršana rada milzīgu plūsmu, kas nes sev līdzi gan vieglās gāzes, gan smagākus savienojumus.
Milzīgais zvaigznes starojums uzsilda planētas termosfēru, līdz tā piepūšas līdz kolosālai pakāpei. pārāk liela termosfēra Tas sniedzas ārpus Roša daivas, kur planētas gravitācija pārstāj dominēt. No turienes gāze sāk plūst uz āru, it kā tā būtu nepārtraukts planētas vējš.
Papildus starojumam, plūdmaiņu spēki Tiem ir izšķiroša loma. WASP-121 b šaurā orbīta rada intensīvu gravitācijas mijiedarbību ar zvaigzni, kas deformē planētu un veicina gāzes izplūšanu caur reģioniem ar vājāku gravitācijas potenciālu. Šī siltuma un paisuma spēku kombinācija padara atmosfēras noplūdi īpaši efektīvu.
Iepriekšējie novērojumi jau bija atklājuši, ka WASP-121 b atmosfēra nebūt nav mierīga. Ir konstatētas pazīmes, ka stratosfēra, kalcija titanāta mākoņi, iztvaikojuši metāli un pat procesi, kas varētu izraisīt eksotisku materiālu "lietus". Tagad, kad hēlija astes ir skaidri redzamas, ir apstiprināts, ka planēta zaudē ievērojamu daļu no sava gāzveida apvalka kosmosā.
Rezultāti liecina, ka noplūde turpinās noturīgs laika gaitāne tikai noteiktos intervālos. Tas liek domāt, ka miljonu vai miljardu gadu mērogā tāda planēta kā WASP-121 b varētu radikāli mainīties, samazinot savu šķietamo izmēru un pārveidojoties par cita veida objektu nekā gāzes gigants, ko mēs novērojam šodien.
Nodarbības par eksoplanētu evolūciju
WASP-121 b lieta ir kļuvusi par dabiskā laboratorija lai pētītu, kā milzu planētas attīstās ekstremālos apstākļos. Pastāvīgā atmosfēras zuduma dēļ pastāv iespēja, ka laika gaitā daži īpaši karstie Jupiteri galu galā kļūs par mazākām pasaulēm, līdzīgi kā Neptūns vai pat... kailas iežu serdes.
Šāda veida process varētu palīdzēt izskaidrot noteiktus statistiskos modeļus, ko astronomi novēro eksoplanētu populācijā. Viens no visvairāk apspriestajiem piemēriem ir tā sauktais "Karsto Neptūnu tuksnesis", reģions masas un rādiusa diagrammās, kur vidēja izmēra planētas reti sastopamas ļoti tuvu savām zvaigznēm.
Viena hipotēze ir tāda, ka daudzas no šīm starppasaulēm ir zaudējušas lielu daļu savas atmosfēras dēļ intensīva hidrodinamiskā izplūdeTie tiek pārveidoti mazākos, blīvākos ķermeņos, kurus ir grūti atklāt, vai pārklasificēti citās kategorijās. WASP-121 b dati sniedz galvenos elementus šo planētu evolūcijas modeļu pilnveidošanai.
Jaunie novērojumi arī uzsver, ka atmosfēras izkļūšana nav vienkārša vienvirziena plūsma. Tā vietā, lai gāze “strūkla” virzītos prom taisnā līnijā, mēs atrodam sarežģīta trīsdimensiju struktūrakur orbītas ģeometrija, planētas rotācija, sistēmas slīpums un zvaigznes aktivitāte apvienojas, veidojot astes.
Tas liek teorētiķiem pārskatīt savus simulācijas rīkus. Divdimensiju vai pārāk vienkāršoti modeļi nespēj reproducēt WASP-121 b novēroto duālo konfigurāciju. Turpmāk ir nepieciešami sarežģītāki modeļi. sarežģītākas 3D simulācijas, kas spēj uztvert zvaigžņu vēja dinamiku, gravitācijas mijiedarbību un planētas atmosfēras reakciju kopumā.
Džeimsa Veba loma un Eiropas sadarbība
Ar WASP-121 b sasniegtais progress ir arī potenciāla pierādījums. Džeimsa Webba kosmosa teleskops eksoplanētu atmosfēru izpētei. Webb, kas tika palaists 2021. gadā un ko pārvalda NASA, ESA un Kanādas Kosmosa aģentūra, ir kļuvis par etaloninstrumentu ļoti tālu objektu un smalku parādību, piemēram, šo hēlija astju, novērošanai infrasarkanajā spektrā.
Šajā gadījumā, izmantojot tādus instrumentus kā NIRISS un citi infrasarkanie spektrogrāfi Tas ļāva zinātniekiem sadalīt sistēmas gaismu un izolēt izplūstošā hēlija pazīmes. Teleskopa stabilitāte un augstā jutība ir bijusi izšķiroša, lai nodrošinātu nepārtrauktus novērojumus desmitiem stundu, ko no Zemes ir ļoti grūti panākt.
Pētījums ir daļa no koordinēta starptautiska projekta, kurā piedalās ievērojami Eiropas centri. Ar to saistītās komandas EKA jau ir pētniecības institūti vairākās Eiropas valstīs Viņi ir strādājuši plecu pie pleca novērošanas kampaņu plānošanā, datu apstrādē un teorētisko modeļu izstrādē.
Daudzi no šiem rezultātiem ir publicēti ietekmīgos zinātniskos žurnālos, piemēram, Nature CommunicationsZiņojumā ir sīki aprakstīti gan novērojumi, gan to ietekme uz eksoplanētu fiziku. Kopiena cer, ka turpmākās kampaņas ar Veba teleskopu un citiem papildinošiem teleskopiem ļaus viņiem turpināt WASP-121 ba evolūcijas uzraudzību turpmākajos gados.
Papildus šim konkrētajam gadījumam novērojumu panākumi veicina jaunas programmas, kuru mērķis ir citi īpaši karsti Jupiteri, ar mērķi pārbaudīt, vai dubultastes ir šīs sistēmas retums vai relatīvi izplatīta parādība milžu vidū, kas atrodas ļoti tuvu savām zvaigznēm.
Spāņu ietekme uz WASP-121 b izpēti
Šajā starptautiskajā ietvarā savu zīmi ir atstājusi arī Spānijas zinātnieku kopiena. Astronomi un astrofiziķi no Spānijas centriem un universitātēm Viņi ir piedalījušies Džeimsa Veba spektrālo datu analīzē un modeļu konstruēšanā, kas apraksta gāzes plūsmas un hēlija zudumus WASP-121 b.
Pēdējos gados Spānija ir guvusi panākumus šajā jomā. Eiropas kosmosa pētniecībaPateicoties sadarbībai ar ESA, NASA un citām aģentūrām, iesaistīšanās tādos progresīvos projektos kā Webb kosmiskais teleskops, eksoplanētu novērošanas misijas un lielas uz zemes bāzētas iekārtas konsolidē grupu tīklu, kas specializējas planētu atmosfērās un eksoplanētu fizikā.
Šāda veida darbs ne tikai uzlabo valsts pozīcijas starptautiskajos konsorcijos, bet arī tieši ietekmē jaunu pētnieku paaudžu apmācībaIespēja strādāt ar Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa datiem un publicēt rakstus vadošajos žurnālos piesaista jaunus talantus zinātniskām karjerām, kas saistītas ar astronomiju un kosmosa tehnoloģijām.
Raugoties nākotnē, sagaidāms, ka Spānijas komandas turpinās piedalīties Ekstrēmas eksoplanētu novērošanas kampaņasTas ir novērots gan ar Džeimsa Veba teleskopu, gan ar teleskopiem, kas vēl tiks izstrādāti, piemēram, ESO ārkārtīgi lielo teleskopu (ELT). WASP-121 b ir tikai viena no sistēmām, kurā šī klātbūtne ir atzīmēta, taču viss liecina, ka tā nebūs pēdējā.
Kopumā WASP-121 b hēlija astīšu pētījums parāda, kā kombinācija pasaules līmeņa infrastruktūra, starptautiskā sadarbība un zinātniskie talanti Tas ļauj mums ielūkoties parādībās, kas vēl pavisam nesen šķita nesasniedzamas, un to, kā Eiropai un Spānijai ir nozīmīga loma šajā jaunajā eksoplanetu izpētes posmā.
Attēls, kas redzams no WASP-121 b, ir gāzes gigants, kas pakļauts a pastāvīgs sods tās zvaigznes uzpūstā atmosfēra, kas pārplūst un veido divas kolosālas hēlija astes, kas stiepjas gar lielu daļu tās orbītas; Džeimsa Veba novērojumi, ko atbalsta Eiropas un Spānijas komandas, ne tikai ļauj mums tiešraidē sekot līdzi tam, kā planēta zaudē savu gāzveida apvalkubet tie palīdz pārdomāt, kā rodas, mainās un dažos gadījumos sabrūk pasaules, kas apdzīvo mūsu galaktiku.
