_ Norii acoperă noaptea partea fierbinte a exoplanetei WASP-43b

Folosind telescopul spațial James Webb (JWST), o echipă de astronomi, inclusiv oameni de știință de la MPIA, a construit o hartă a temperaturii globale a exoplanetei fierbinți, gigantice gazoase WASP-43b . Steaua părinte din apropiere luminează permanent o emisferă, ridicând temperaturile la 1250°C. Între timp, noaptea veșnică acoperă partea opusă.

Vânturile violente transportă aerul fierbinte arzător spre partea nopții, unde se răcește la 600°C, permițând norilor să se formeze și să acopere întreaga emisferă. Aceste furtuni afectează atât de mult reacțiile chimice încât metanul abia se poate forma, chiar dacă ar trebui să fie abundent în condiții mai calme.

Jupiterii fierbinți sunt exoplanete extrem de gigantice gazoase care orbitează în jurul stelelor lor gazdă în imediata apropiere, ceea ce duce la mai multe exotice. proprietăți referitoare la temperatură, densitate, compoziție, chimie și vreme. Odată cu apariția telescoapelor extrem de sensibile, cum ar fi telescopul spațial James Webb (JWST), astronomii au început să-și studieze atmosfera în detaliu.

O colaborare internațională a astronomilor, JWST Transiting Exoplanet Early Release Science (JTEC-ERS), a observat fierbinte Jupiter WASP-43b cu Instrumentul Mid-Infrared (MIRI) al JWST pentru a-i studia clima.

Rezultatele acelei investigații conduse de Taylor J. Bell (Institutul BAER și Divizia de Științe Spațiale și Astrobiologie, Centrul de Cercetare Ames NASA, S.U.A.) sunt publicate în Nature Astronomy.

Rezultatul central este o hartă care subliniază distribuția globală a temperaturii derivată din lumina infraroșie pe care WASP-43b o emite ca răspuns la iradierea de către steaua gazdă. Acoperind o gamă spectrală sensibilă la materialele calde, MIRI funcționează similar cu un termometru fără contact utilizat pentru măsurarea temperaturii corpului, dar pe distanțe mari, în valoare de 280 de ani lumină pentru WASP-43b.

În acest caz. hartă, temperaturile măsurate sunt cuprinse între 600°C și 1250°C. În schimb, folosind observații comparabile, Jupiter, gigantul gazos din sistemul solar, atinge -135°C geroasă.

Deși este similară ca dimensiune și masă cu Jupiter, este o lume foarte diferită. WASP-43b menține o orbită excepțional de strânsă în jurul stelei gazdă, WASP-43, călătorind doar două diametre stelare deasupra suprafeței stelei în timp ce își finalizează orbita în doar 19,5 ore. Mica separare a dus la sincronizarea zilei și anului planetei. Cu alte cuvinte, rotirea în jurul stelei durează același timp de care are nevoie planeta pentru a se roti în jurul axei sale. În consecință, steaua luminează și încălzește întotdeauna aceeași parte a planetei.

Vânturile duc aerul în emisfera opusă, unde se răcește în noaptea veșnică. Cu toate acestea, pe WASP-43b, aceste vânturi sunt extrem de violente, cu viteze ale vântului atingând aproape 9.000 km/h, ceea ce depășește orice vedem în sistemul solar. În comparație, chiar și cele mai puternice vânturi ale lui Jupiter sunt doar o briză ușoară.

„Cu Hubble, am putut vedea clar că există vapori de apă în timpul zilei. Atât Hubble, cât și Spitzer au sugerat că ar putea fi nori pe partea de noapte, ", a explicat Bell. „Dar aveam nevoie de măsurători mai precise de la JWST pentru a începe cu adevărat să cartografiem temperatura, acoperirea norilor, vânturile și o compoziție mai detaliată a atmosferei pe tot parcursul planetei.”

Observațiile JWST au descoperit contrastul de temperatură între ziua și noaptea să fie mai puternice decât ne-am aștepta pentru o atmosferă fără nori. Calculele modelului confirmă faptul că partea de noapte a planetei este învăluită într-un strat gros de nori sus în atmosferă, care blochează o mare parte din radiația infraroșie de dedesubt pe care altfel le-am vedea.

Tipurile exacte de nori sunt încă necunoscute. În mod clar, nu vor fi nori de apă ca cei de pe Pământ, cu atât mai puțin norii de amoniac pe care îi vedem pe Jupiter, deoarece planeta este mult prea fierbinte pentru ca apa și amoniacul să se condenseze. În schimb, norii formați din roci și minerale sunt mai probabil să fie prezenți la aceste temperaturi. Prin urmare, ar trebui să ne așteptăm la nori formați din picături de rocă lichidă. Pe de altă parte, zona de zi mai fierbinte a lui WASP-43b pare să fie lipsită de nori.

Pentru a sonda compoziția atmosferică mai detaliat, echipa a produs spectre, adică au descompus lumina infraroșie primită în minuscule secțiuni de lungime de undă, similare cu un curcubeu care dezvăluie componentele de culoare ale luminii solare. Această metodă le-a permis să identifice semnăturile compușilor chimici individuali care radiază la anumite lungimi de undă.

Ca urmare, astronomii au confirmat măsurătorile anterioare ale vaporilor de apă, dar acum pe întreaga planetă. Hubble a putut studia doar partea de zi, deoarece partea de noapte era prea întunecată pentru a recunoaște moleculele acolo. JWST, cu o sensibilitate mai mare, completează acum imaginea.

În plus, Jupiters fierbinți găzduiesc de obicei cantități mari de hidrogen molecular și monoxid de carbon, ambele nu au putut fi testate cu observațiile echipei. Cu toate acestea, atunci când sunt supuse la noaptea rece, hidrogenul și monoxidul de carbon participă la un set de reacții care ar produce metan și apă. Cu toate acestea, MIRI nu a găsit metan.

Astronomii explică această surpriză prin vitezele enorme ale vântului de pe WASP-43b. Partenerii de reacție trec pe partea rece a nopții atât de repede încât mai rămâne puțin timp pentru ca reacțiile chimice așteptate să producă cantități detectabile de metan. Orice fracție mică de metan devine bine amestecată cu celelalte gaze. Ajunge rapid din nou în zona zilei, unde este expus la căldură distructivă.

„Cu noua putere de observare a JWST, WASP-43b a fost dezvăluit cu detalii fără precedent”, a declarat Laura Kreidberg, Director la Institutul Max Planck pentru Astronomie (MPIA) din Heidelberg, Germania. Ea este co-autor al articolului de cercetare care stau la baza și explorează planeta timp de un deceniu.

„Vedem o lume complexă, inospitalieră, cu vânturi furioase, schimbări masive de temperatură și nori petice probabil formați. de picături de rocă WASP-43b este un reamintire a gamei vaste de clime posibile pe exoplanete și a numeroaselor moduri în care Pământul este special.”

Observarea unui carusel planetar

WASP-43b a fost descoperit în 2011 prin metoda de tranzit. Ori de câte ori orbita unei exoplanete este orientată astfel încât, din perspectiva noastră, să treacă prin fața stelei gazdă, ocultația blochează o mică parte a luminii stelare. Aceste scăderi periodice ale luminozității stelare sunt un semn al unui obiect care se învârte în jurul stelei. Forma exactă permite calcularea dimensiunii planetei și a înclinării orbitalei.

Astronomii exploatează un efect secundar pentru a studia planeta în detaliu. Luați în considerare că Venus își schimbă iluminarea, asemănătoare cu fazele lunare, în timpul orbitei sale în jurul soarelui. Exoplanetele în tranziție prezintă diferite faze de emisie în infraroșu în aproape același mod, în funcție de modul în care steaua încălzește ziua.

Observând schimbarea treptată a proporțiilor pe care o vedem a emisferelor calde și reci are ca rezultat un model caracteristic de modul în care luminozitatea infraroșu măsurată a planetei variază în timp. Analizând acest semnal minut, așa-numita curbă de fază, astronomii l-au primit de la WASP-43b le-a permis să construiască harta temperaturii și să localizeze gazele care alcătuiesc atmosfera planetei.

Un studiu ulterioară realizat de o altă echipă condusă de fostul om de știință MPIA Stephan Birkmann (Agenția Spațială Europeană, ESA) va analiza WASP-43b cu spectrometrul în infraroșu apropiat (NIRSpec) al JWST. Aceste măsurători vor fi sensibile la gazul de monoxid de carbon care ar trebui să fie predominant în atmosferă.

În plus, acoperirea extinsă a lungimii de undă va îmbunătăți fidelitatea hărții de temperatură MIRI și va ajuta la investigarea mai precisă a distribuției și compoziției norilor.

(Fluierul)