Astronomen stellen Exoplaneten, die als heiße Jupiter bekannt sind, zur Verfügung
Nov 01, 2021
Heiße Jupiter – riesige Gasplaneten, die in extrem engen Bahnen um ihre Wirtssterne rasen – sind dank einer neuen Studie, die theoretische Modellierung mit Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops kombiniert, etwas weniger mysteriös geworden.
Während sich frühere Studien hauptsächlich auf einzelne Welten konzentrierten, die als"heiße Jupiter" Aufgrund ihrer oberflächlichen Ähnlichkeit mit dem Gasriesen in unserem eigenen Sonnensystem ist die neue Studie die erste, die eine breitere Bevölkerung der fremden Welten untersucht. Veröffentlicht inNaturastronomie, die von einem Forscher der University of Arizona geleitete Studie bietet Astronomen einen beispiellosen"Feldführer" zu heißen Jupitern und bietet Einblicke in die Planetenentstehung im Allgemeinen.
Obwohl Astronomen glauben, dass nur etwa 1 von 10 Sternen einen Exoplaneten der heißen Jupiter-Klasse beherbergt, machen die eigentümlichen Planeten einen beträchtlichen Teil der bisher entdeckten Exoplaneten aus, da sie größer und heller sind als andere Arten von Exoplaneten, wie z als felsige, erdähnlichere Planeten oder kleinere, kühlere Gasplaneten. Mit einer Größe von etwa einem Drittel der Größe des Jupiter bis zu 10 Jupitermassen umkreisen alle heißen Jupiter ihren Wirtsstern in extremer Nähe, normalerweise viel näher als Merkur, der innerste Planet unseres Sonnensystems, an der Sonne ist. A"Jahr" auf einem typischen heißen Jupiter dauert Stunden, höchstens einige Tage. Zum Vergleich: Merkur braucht fast drei Monate, um die Sonne zu umrunden.
Aufgrund ihrer engen Umlaufbahnen wird angenommen, dass die meisten, wenn nicht alle heißen Jupiter in einer Hochgeschwindigkeits-Umarmung mit ihren Wirtssternen eingeschlossen sind, wobei eine Seite der Strahlung des Sterns's ewig ausgesetzt und die andere eingehüllt ist in ewiger Dunkelheit. Die Oberfläche eines typischen heißen Jupiter kann bis zu 5.000 Grad Fahrenheit heiß werden, wobei"kühler" Proben, die 1.400 Grad erreichen - heiß genug, um Aluminium zu schmelzen.
Die Forschung, die von Megan Mansfield, einem NASA Sagan Fellow am Steward Observatory der University of Arizona&geleitet wurde, nutzte Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop, die es dem Team ermöglichten, Emissionsspektren von heißen Jupitern direkt zu messen. trotz der Tatsache, dass Hubble'keinen dieser Planeten direkt abbilden kann.
& quot;Diese Systeme, diese Sterne und ihre heißen Jupiter, sind zu weit entfernt, um den einzelnen Stern und seinen Planeten aufzulösen," sagte Mansfield."Alles, was wir sehen können, ist ein Punkt – die kombinierte Lichtquelle aus beiden.&Zitat;
Mansfield und ihr Team verwendeten eine Methode, die als sekundäre Sonnenfinsternis bekannt ist, um Informationen aus den Beobachtungen herauszukitzeln, die es ihnen ermöglichten, tief in die Planeten zu blicken' Atmosphären und gewinnen Sie Einblicke in deren Struktur und chemische Zusammensetzung. Die Technik beinhaltet wiederholte Beobachtungen desselben Systems, wobei der Planet an verschiedenen Stellen seiner Umlaufbahn erfasst wird, auch wenn er hinter den Stern eintaucht.
& quot;Im Grunde messen wir das kombinierte Licht, das vom Stern und seinem Planeten kommt, und vergleichen diese Messung mit dem, was wir sehen, wenn der Planet hinter seinem Stern verborgen ist," sagte Mansfield."Dies ermöglicht es uns, den Beitrag des Sterns'zu subtrahieren und das vom Planeten emittierte Licht zu isolieren, obwohl wir es'nicht direkt sehen können.&Zitat;
Die Daten der Sonnenfinsternis lieferten den Forschern Einblicke in die thermische Struktur der Atmosphären heißer Jupiter und ermöglichten es ihnen, für jeden einzelne Temperatur- und Druckprofile zu konstruieren. Das Team analysierte dann Nahinfrarotlicht, das ein Wellenlängenband ist, das knapp außerhalb des für Menschen sichtbaren Bereichs liegt, das von jedem heißen Jupiter-System auf sogenannte Absorptionsmerkmale kommt. Da jedes Molekül oder Atom sein eigenes spezifisches Absorptionsprofil hat, wie ein Fingerabdruck, können Forscher durch die Betrachtung verschiedener Wellenlängen Informationen über die chemische Zusammensetzung heißer Jupiter erhalten. Wenn beispielsweise Wasser in der Atmosphäre des Planeten' vorhanden ist, absorbiert es Licht mit 1,4 Mikrometern, was in den Wellenlängenbereich fällt, den Hubble sehr gut sehen kann.
& quot;In gewisser Weise verwenden wir Moleküle, um durch die Atmosphären auf diesen heißen Jupitern zu scannen," sagte Mansfield."Wir können das von uns beobachtete Spektrum verwenden, um Informationen darüber zu erhalten, woraus die Atmosphäre besteht, und wir können auch Informationen darüber erhalten, wie die Struktur der Atmosphäre aussieht.&Zitat;
Das Team ging noch einen Schritt weiter, indem es die Beobachtungsdaten quantifizierte und mit Modellen der physikalischen Prozesse verglich, von denen angenommen wird, dass sie in der Atmosphäre heißer Jupiter am Werk sind. Die beiden Sets passten sehr gut zusammen und bestätigten, dass viele Vorhersagen über die Planeten' Natur, die auf theoretischer Arbeit basiert, scheint richtig zu sein, so Mansfield, der sagte, die Ergebnisse seien"spannend, weil sie alles andere als garantiert waren.&Zitat;
Die Ergebnisse legen nahe, dass alle heißen Jupiter, nicht nur die 19 in die Studie einbezogenen, wahrscheinlich ähnliche Molekülgruppen wie Wasser und Kohlenmonoxid sowie kleinere Mengen anderer Moleküle enthalten. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Planeten dürften sich meist auf unterschiedliche relative Mengen dieser Moleküle belaufen. Die Ergebnisse zeigten auch, dass die beobachteten Wasseraufnahmeeigenschaften von einem heißen Jupiter zum nächsten leicht variierten.
& quot;Zusammengenommen sagen uns unsere Ergebnisse, dass es eine gute Chance gibt, dass wir die großen Zusammenhänge herausgefunden haben, die in der Chemie dieser Planeten passieren," sagte Mansfield."Gleichzeitig hat jeder Planet seine eigene chemische Zusammensetzung, und das beeinflusst auch, was wir in unseren Beobachtungen sehen.&Zitat;
Den Autoren zufolge können die Ergebnisse als Richtschnur für die Erwartungen dienen, die Astronomen möglicherweise sehen, wenn sie einen heißen Jupiter betrachten, der'vorher noch nicht untersucht wurde. Der Start des Nachrichten-Flaggschiff-Teleskops der NASA', des James Webb Space Telescope, der für den 18. Dezember geplant ist, hat Exoplanetenjäger aufgeregt, weil Webb in einem viel breiteren Bereich von Infrarotlicht sehen kann und viel mehr ermöglichen wird detaillierter Blick auf Exoplaneten, einschließlich heißer Jupiter.
& quot;Es gibt vieles, was wir noch'nicht wissen, wie sich Planeten im Allgemeinen bilden, und wir versuchen zu verstehen, wie das passieren könnte, indem wir uns die Atmosphären dieser heißen Jupiter und herauszufinden, wie sie dahin gekommen sind, wo sie sind," sagte Mansfield."Mit den Hubble-Daten können wir Trends untersuchen, indem wir die Wasseraufnahme untersuchen, aber wenn wir über die Zusammensetzung der Atmosphäre als Ganzes sprechen, gibt es viele andere wichtige Moleküle, die Sie sich ansehen möchten, wie zum Beispiel Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, und JWST wird uns die Möglichkeit geben, auch diese tatsächlich zu beobachten.&Zitat;
