Extrém bolygókutatás ultraforró jupiterekkel

2230

Az ultraforró jupiterek érdekes kutatásoknak adnak terepet, köszönhetően 1600 – 3600 °C-os felszíni hőmérsékletüknek. Egy ilyen bolygó légkörében bármilyen molekula összetevőire, atomokra és ionokra bomolhat. A forró és ultraforró jupiterek (UHJ) alig hasonlítanak a mi Naprendszerünk bolygóira, tömegük nagy és roppant közel keringenek a központi csillagukhoz. Ez a közelség sok szokatlan jelenséghez vezet, mint például a bolygó nappali és éjszakai féltekéje közti kémiai eltérésekhez.

Művészi elképzelés a WASP-121 b ultraforró jupiterről (NASA/ESA/G. Bacon (STSci))

Az extrém hőségben az UHJ-k légköri komponensei is lebomlanak. Számos fématomot és iont azonosítottak már UHJ atmoszférákban, többek között semleges nátriumot, vasat és magnéziumot, illetve ionizált titánt és kalciumot. Elméletileg a fémek java részét észlelni lehetne, főként a bolygók alsóbb légköri rétegeiben. Annak a kiderítése, hogy mely fémeket érdemes keresni az UHJ légkörökben, a megfigyelésükhöz és klasszifikálásukhoz is nagyban hozzájárul. Éppen ezért Maya Ben-Yami (University of Cambridge, UK) és kutatócsoportja modellszámítások segítségével jósolták meg, milyen fémvonalakat találnak a WASP-121 b jelű UHJ légkörében, majd eredményeiket összevetették konkrét mérésekkel. Eredményeikről az Astrophysical Journal Letters nemzetközi tudományos folyóiratban számoltak be.

A KELT-9 b ultraforró jupiterről készített animáció egy kimerevített kockája. A pokolian forró exobolygóról korábbi cikkeinkben itt és itt olvashatnak. (NASA/JPL-Caltech)

Fémességbecslés

Az elmúlt években több tanulmány célozta a WASP-121 b jelű exobolygót, melynek tömege körülbelül a Jupiterével egyezik meg, központi csillagát pedig 1,3 földi nap alatt kerüli meg. Kiváló célpontja a transzmissziós spektroszkópiának (a bolygó légköri összetevőinek a rajta áthaladó, központi csillag fényének megfigyelésével való meghatározása), hiszen nagy méretű, csillaga pedig roppant fényes.

Ben-Yami és munkatársai a WASP-121 b légkörében fellelhető atomok gyakoriságát modellezték először, majd ebből becsülték meg, mennyire erősen fog megjelenni a spektrumban az adott fémre jellemző vonal. A pontosításhoz figyelembe kellett venni többek között a csillag forgását is (ez a vonalak kiszélesedését okozhatja), majd végeredményként előállították a WASP-121 b modellezett transzmissziós spektrumát.

A WASP-121 b transzmissziós spektrumának modellje a semleges vas, króm, vanádium és titán előfordulására alapozva. (Ben-Yami et al. 2020)

A lemodellezett spektrum alapján már számosítani lehetett, mekkora valószínűséggel tűnik majd fel a kimért spektrumban az adott fémre jellemző vonal. Reális minőségű spektrummal és zajjal számolva arra jutottak, hogy legvalószínűbben a semleges vas, titán, vanádium és króm fog felbukkanni.

Működő fémdetektorok

A kutatócsoport a High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) spektrográffal tesztelte, mennyire pontosan sikerült lemodellezniük a WASP-121 b légkörének spektrumát. A becsléseik alapján keresték a fent említett négy fémet, valamint szkandiumot, ittriumot és cirkóniumot. Semleges titánt, szkandiumot, ittriumot és cirkóniumot nem sikerült detektálni, de semleges és ionizált vasat igen. Ami a legizgalmasabb, először sikerült semleges vanádiumot és krómot kimérni.

Balról jobbra és fentről lefelé haladva a semleges vas, króm, vanádium és ionizált vas észlelései. A szaggatott fehér vonalak jelölik a legerősebb jelet, ami (ha elég szignifikáns), akkor detektálásnak számít. A vízszintes tengelyen jelölt Vsys a központi csillag sebessége, míg Kp a függőleges tengelyen a bolygó a csillag mozgására gyakorolt hatását jelöli. (Ben-Yami et al. 2020)

Mind a sikeres detektálások, mind a nem detektált fémek egyaránt hozzájárulnak a vanádium-oxid és titán-oxid UHJ légkörben játszott szerepének megértéséhez. Mindkét molekula okozhat ugyanis eltéréseket a hőmérséklet és a magasság várt összefüggésében. A semleges vanádium detektálása pedig arra utal, hogy a vanádium-oxid felbomlik a légkörben, míg a semleges titán nem detektálása szerint a titán-oxid nem esik alkotóelemeire.

A semleges vanádium és króm detektálása mellett a tanulmányból azt is megtudhattuk, hogy van értelme az UHJ légkörök alsóbb rétegeit célozni modellezésen alapuló spektrumokkal és jó felbontású spektrográfokkal. A WASP-121 b az UHJ exobolygók skálájának hűvösebb felén helyezkedik el, így még nagyon sok extrém bolygó várja, hogy alaposabban megvizsgálják.

Forrás: AAS

Hozzászólás

hozzászólás