_ Exoplanete adevărate la dimensiune : Noul model de calcule arată impactul luminozității și activității magnetice a stelei

În constelația Fecioarei, la 700 de ani lumină distanță de Pământ, planeta WASP-39b orbitează în jurul stelei WASP-39. Gigantul gazos, care durează puțin mai mult de patru zile pentru a finaliza o orbită, este una dintre cele mai bine studiate exoplanete. La scurt timp după punerea în funcțiune în iulie 2022, telescopul spațial James Webb de la NASA și-a îndreptat privirea de înaltă precizie asupra planetei îndepărtate.

Datele au scos la iveală dovezi ale unor cantități mari de vapori de apă, metan și chiar, pentru prima dată. timp, dioxidul de carbon din atmosfera lui WASP-39b. O senzație minoră, dar mai există o muscă în unguent: cercetătorii nu au reușit încă să reproducă toate detaliile cruciale ale observațiilor în calculele modelului. Acest lucru împiedică o analiză și mai precisă a datelor.

În noul studiu condus de MPS, autorii, inclusiv cercetători de la Massachusetts Institute of Technology (SUA), Space Telescope Science Institute (S.U.A.), Universitatea Keele (Regatul Unit) și Universitatea din Heidelberg (Germania), arată o modalitate de a depăși acest obstacol.

„Problemele care apar la interpretarea datelor din WASP-39b sunt bune. cunoscute de pe multe alte exoplanete – indiferent dacă sunt observate cu Kepler, TESS, James Webb sau viitoarea navă spațială PLATO”, explică cercetătorul MPS Dr. Nadiia Kostogryz, primul autor al noului studiu. „Ca și în cazul altor stele orbitate de exoplanete, curba luminii observată a lui WASP-39 este mai plată decât pot explica modelele anterioare.”

Cercetătorii definesc o curbă de lumină ca o măsurare a luminozității unei stele pe o perioadă mai lungă. perioada de timp. Strălucirea unei stele fluctuează constant, de exemplu, deoarece luminozitatea sa este supusă fluctuațiilor naturale. Exoplanetele pot lăsa urme și în curba luminii. Dacă o exoplanetă trece prin fața stelei sale așa cum este văzută de un observator, ea estompează lumina stelelor.

Acest lucru se reflectă în curba luminii ca o scădere regulată a luminozității. Evaluările precise ale unor astfel de curbe oferă informații despre dimensiunea și perioada orbitală a planetei. De asemenea, cercetătorii pot obține informații despre compoziția atmosferei planetei dacă lumina de la stea este împărțită în lungimi de undă sau culori diferite.

O privire atentă asupra distribuției luminozității unei stele

The limbul unei stele, marginea discului stelar, joacă un rol decisiv în interpretarea curbei sale de lumină. La fel ca în cazul soarelui, membrul pare mai întunecat pentru observator decât zona interioară. Cu toate acestea, steaua nu strălucește de fapt mai puțin mai departe. „Deoarece steaua este o sferă și suprafața sa curbată, ne uităm în straturi mai înalte și, prin urmare, mai reci la nivelul membrului decât în ​​centru”, explică co-autor și director MPS, prof. dr. Laurent Gizon. „Prin urmare, această zonă ni se pare mai întunecată”, adaugă el.

Se știe că întunecarea membrelor afectează forma exactă a semnalului exoplanetă în curba luminii: estomparea determină cât de puternic este luminozitatea unui stea cade în timpul unui tranzit planetar și apoi se ridică din nou. Cu toate acestea, nu a fost posibil să se reproducă cu acuratețe datele observaționale folosind modele convenționale ale atmosferei stelare. Scăderea luminozității a fost întotdeauna mai puțin bruscă decât sugerau calculele modelului.

„Era clar că ne lipsea o piesă crucială a puzzle-ului pentru a înțelege cu precizie semnalul exoplanetelor”, spune directorul MPS, prof. dr. Sami Solanki, coautor al studiului actual.

Așa cum arată calculele publicate astăzi, piesa lipsă a puzzle-ului este câmpul magnetic stelar. La fel ca soarele, multe stele generează un câmp magnetic adânc în interiorul lor prin fluxuri enorme de plasmă fierbinte. Pentru prima dată, cercetătorii au reușit acum să includă câmpul magnetic în modelele lor de întunecare a membrelor.

Ele ar putea arăta că puterea câmpului magnetic are un efect important: întunecarea limbului este pronunțată la stelele cu un câmp magnetic slab, în ​​timp ce este mai slabă la cele cu un câmp magnetic puternic.

Cercetătorii au putut, de asemenea, să demonstreze că discrepanța dintre datele observaționale și calculele modelului dispare dacă câmpul magnetic al stelei este inclus în calcule. În acest scop, echipa a apelat la date selectate de la telescopul spațial Kepler al NASA, care a captat lumina a mii și mii de stele din 2009 până în 2018.

În primul pas, oamenii de știință au modelat atmosfera tipică. Stele Kepler în prezența unui câmp magnetic. Într-o a doua etapă, au generat apoi date de observație „artificiale” din aceste calcule. Ca o comparație cu datele reale arătate, prin includerea câmpului magnetic, datele Kepler sunt reproduse cu succes.

Echipa și-a extins, de asemenea, considerațiile la datele de la telescopul spațial James Webb. Telescopul este capabil să împartă lumina stelelor îndepărtate în diferitele sale lungimi de undă și să caute astfel semnele caracteristice ale anumitor molecule din atmosfera planetelor descoperite.

Așa se dovedește, câmpul magnetic al Steaua părinte influențează întunecarea diferită a limbului stelar la diferite lungimi de undă – și, prin urmare, ar trebui să fie luată în considerare în evaluările viitoare pentru a obține rezultate și mai precise.

„În ultimele decenii și ani, modul a avansa în cercetarea exoplanetelor a fost ameliorarea hardware-ului, telescoapele spațiale concepute să caute și să caracterizeze lumi noi. Telescopul spațial James Webb a împins această dezvoltare la noi limite", spune dr. Alexander Shapiro, coautor al lucrării curente. studiu și șef al unui grup de cercetare la MPS. „Următorul pas este acum îmbunătățirea și rafinarea modelelor pentru a interpreta aceste date excelente”, adaugă el.

Pentru a avansa în continuare această dezvoltare, cercetătorii doresc acum să-și extindă analizele la stele care sunt în mod clar diferite de soarele. În plus, descoperirile lor oferă posibilitatea de a folosi curbele de lumină ale stelelor cu exoplanete pentru a deduce puterea câmpului magnetic stelar, care altfel este adesea greu de măsurat.

Cercetarea este publicată în revista Nature. Astronomie.

(Fluierul)