JWST внимательно изучает парящий и загадочный мини-Нептун
Тот факт, что в нашей Солнечной системе нет мини-Нептуна, не означает, что они не распространены. Похоже, они широко распространены по всему Млечному Пути и, по данным НАСА, являются наиболее распространенным типом экзопланет. GJ 1214 b — одна из них.
Одной из заявленных научных целей космического телескопа Джеймса Уэбба является изучение экзопланет. Компания добилась прогресса в этом направлении, включая хорошо известную систему TRAPPIST-1, в которой находятся семь миров размером с Землю. (Спасибо за шумиху, JWST.)
Хотя мечты о поиске пригодных для жизни планет, поддерживающих жизнь, доминируют в размышлениях об экзопланетах, нужно узнать больше, чем вопрос о том, могут ли отдельные планеты поддерживать жизнь.
У нас по-прежнему много вопросов о том, как формируются планеты, как эволюционирует их атмосфера и почему некоторые типы настолько распространены, но отсутствуют в нашей Солнечной системе.
Но с таким количеством экзопланет, которые просят разрешения изучены, астрономы, использующие JWST, должны разумно выбирать свои цели. Этот разумный процесс привел одну группу астрономов к GJ 1214 b (Gliese 1214 b.)
Они наблюдали мини-Нептун с помощью MIRI JWST и спектрометра низкого разрешения и опубликовали свои результаты в статье в Nature под заголовком «Отражающая, богатая металлами атмосфера для GJ 1214b по фазовой кривой JWST». Ведущий автор — Элиза Кемптон, исследователь из Мэрилендского университета.
Gliese 1214 — красный карлик, расположенный примерно в 40 световых годах от нас в созвездии Змееносца. Проект MEarth обнаружил GJ 1214 b, его единственную планету, с помощью транзитного метода в 2009 году.
Последующие наблюдения с помощью Хаббла показали, что это был водный мир с плотной паровой атмосферой. Она примерно в восемь раз массивнее Земли и составляет около 2,75 земного радиуса.
В документе, представляющем ее открытие, авторы написали: «Мы обнаружили, что планетарная масса и радиус согласуются с составом, состоящим в основном из воды, окруженной водородно-гелиевой оболочкой, которая составляет всего 0,05 процента массы планеты. Атмосфера, вероятно, ускользает гидродинамически, что указывает на то, что за свою историю она претерпела значительную эволюцию.»
Это был первый найденный мини-Нептун, у которого была атмосфера, и только второй, у которого были определены масса и радиус. Но любые дальнейшие детали были скрыты толстым слоем тумана или облаков планеты. Принимая во внимание все это, астрономы решили использовать JWST для дальнейшего изучения.
«Планета полностью покрыта какой-то дымкой или облачным слоем», — сказал ведущий автор Кемптон. «Атмосфера просто оставалась полностью скрытой от нас до этого наблюдения».
Кемптон и ее соавторы вышли за рамки типичного наблюдения экзопланеты.
Обычно астрономы направляют телескопы на экзопланету, как он проходит перед своей звездой. Звездный свет проходит через атмосферу, и свет анализируется для определения химических составляющих и других характеристик. Но в данном случае они следовали за планетой почти по всей орбите.
Мощный инструмент MIRI JWST был направлен на планету, когда она вращалась вокруг своей звезды. Его наблюдения создали тепловую карту планеты, которая показывала как дневную, так и ночную стороны, освещая больше деталей ее атмосферы.
«Возможность получить полную орбиту была действительно важна для понимания того, как планета распределяет тепло от дневной стороны к ночной, — сказал Кемптон.
«Между днем и ночью существует большой контраст. Ночная сторона холоднее дневной».
Температуры сдвинулась с 279 до 165 °C (от 535 до 326 °F).
Такое выраженное колебание температуры указывает на присутствие тяжелых молекул, таких как H2O и CH4под>. Если бы в ее атмосфере преобладал более легкий водород, это означало бы другое формирование и эволюцию.
Избыток водорода обычно указывает на то, что планета состоит из тех же компонентов, что и солнечная туманность, то есть она состоит из того же вещи как ее звезда.
Но вода и метан могут быть важными ключами к эволюции планеты и ее потенциальному водному началу.
«Это не первичная атмосфера», — сказала она. «Это не отражает состав звезды-хозяина, вокруг которой она сформировалась. Вместо этого она либо потеряла много водорода, если изначально была богатой водородом атмосферой, либо изначально образовалась из более тяжелых элементов — более ледяных, водяных. -богатый материал.»
Планеты обычно теряют водород из своей атмосферы, потому что он очень легкий. Каждый день Земля теряет около 90 тонн водорода и гелия в космосе.
На самом деле, мини-Нептуны иногда считают планетами с недостающим звеном, которые начинались как уменьшенные и более плотные версии Нептуна, потерявшие огромное количество водорода. и гелий, чтобы уменьшить их до нынешних размеров. Произошло ли это с GJ 1214b?
«За последнее почти десятилетие единственное, что мы действительно знали об этой планете, это то, что атмосфера была облачной или туманной», — сказал Роб Зеллем, исследователь экзопланет, который работает с соавтор и коллега-исследователь экзопланет Тиффани Катариа из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
«Эта статья имеет действительно интересные последствия для дополнительных подробных интерпретаций климата — чтобы посмотреть на подробную физику, происходящую внутри атмосферы этой планеты. «
По мнению авторов, один вывод состоит в том, что GJ 1214b сформировалась дальше от своей звезды, чем сейчас. Затем что-то случилось, что отправило его внутрь, ближе к красному карлику, вокруг которого он вращается. Чем ближе она подходила, тем больше ее атмосферы удалялось.
Авторы пишут, что трудно точно определить, какие другие химические компоненты могут быть на этой планете, кроме цианистого водорода, побочного продукта метана. , может присутствовать.
«Есть некоторые свидетельства дополнительного поглощения на ночной стороне от комбинации CH4 и HCN. Интересно, что, по прогнозам, HCN образуется как побочный продукт фотолиза CH4; последний процесс необходим чтобы катализировать образование углеводородной дымки».
Некоторые данные предполагают, что GJ 1214b имеет углеводородную дымку, но это не окончательно.
Авторы говорят, что их выводы исключают неизменная атмосфера. «Вместо этого наши наблюдения согласуются с богатой водородом атмосферой, но с повышенной металличностью. Это согласуется с предсказаниями о том, что субнептуны сохраняют первичную атмосферу, состоящую из небулярных газов», но затем атмосфера перестраивается за счет потери массы. p>
Еще одна возможность состоит в том, что это водный мир, и что его высокое содержание воды является результатом формирования планеты за линией водяного льда или что он включал в себя материал из этого региона.
«The Самое простое объяснение, если вы найдете очень богатую водой планету, состоит в том, что она сформировалась дальше от родительской звезды», — сказал Кемптон.
Как это часто бывает, когда дело доходит до экзопланет, первый детальный взгляд на одном типе могут начать приводить астрономов к выводам, но только с одной точкой данных любые выводы являются предварительными. К счастью, мини-Нептунов много, а JWST только начинает свою миссию.
«Надеюсь, наблюдая за целой популяцией таких объектов, мы сможем построить непротиворечивую историю», — сказал Кемптон. .
Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.
