Το JWST ανιχνεύει χαλαζία στην ατμόσφαιρα εξωπλανητών – Εντοπίστηκε το πρώτο ειδικό είδος σύννεφων

Εικόνα που δημιουργήθηκε από AI. Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωπλανήτη WASP-17 b που διέρχεται μπροστά από το αστέρι του, με μικροσκοπικούς κρυστάλλους χαλαζία στην ατμόσφαιρά του.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έχει καταγράψει ένα φάσμα μετάδοσης του γίγαντα εξωπλανήτη θερμού αερίου WASP-17 b, αποκαλύπτοντας τα πρώτα στοιχεία χαλαζία (SiO2) στα σύννεφα ενός εξωπλανήτη. Στην πραγματικότητα, αυτό το πρωτοποριακό εύρημα είναι η πρώτη αναγνώριση οποιουδήποτε συγκεκριμένου είδους νεφών σε έναν διερχόμενο εξωπλανήτη.

“Είμαστε ενθουσιασμένοι!” είπε ο Ντέιβιντ Γκραντ, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ στο Ηνωμένο Βασίλειο και πρώτος συγγραφέας της νέας έρευνας. "Γνωρίζαμε από τις παρατηρήσεις του Hubble ότι πρέπει να υπάρχουν αερολύματα - μικροσκοπικά σωματίδια που αποτελούν σύννεφα ή ομίχλη - στην ατμόσφαιρα του WASP-17 b, αλλά δεν περιμέναμε να είναι κατασκευασμένα από χαλαζία."

Χνουδωτά φουσκωτά καυτοί εξωπλανήτες

Το WASP-17 b απέχει περίπου 1.000 έτη φωτός (310 parsecs) από τη Γη. Είναι ένας μεγάλος, καυτός πλανήτης τύπου Δία με πολύ χαμηλή πυκνότητα. Στην πραγματικότητα, είναι ένας από τους «πιο φουσκωτούς πλανήτες» που έχουν ανακαλυφθεί ποτέ. Αλλά δεν μπορούμε να το δούμε - ξέρουμε μόνο ότι είναι εκεί επειδή μπλοκάρει μέρος του φωτός από το αστέρι του. Γι' αυτό ονομάζεται «διερχόμενος» εξωπλανήτης, γιατί ό,τι γνωρίζουμε γι' αυτόν, το γνωρίζουμε από πότε διέρχεται μπροστά από το αστέρι του.

Ωστόσο, γνωρίζουμε τι έχει στην ατμόσφαιρά του χάρη σε μια νέα μελέτη που αφορούσε το τηλεσκόπιο James Webb.

Οι αστρονόμοι μέτρησαν αλλαγές στη φωτεινότητα σε 28 διαφορετικά μήκη κύματος καθώς ο πλανήτης διασχίζει μπροστά από το αστέρι του. Υπολογίζοντας τη διαφορά μεταξύ του αρχικού φωτός που εκπέμπεται από το αστέρι και του φωτός που διέρχεται από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, οι επιστήμονες μπορούσαν να προσδιορίσουν ποια μήκη κύματος απορροφήθηκαν από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, δίνοντας έτσι στοιχεία για τη σύνθεσή του.

Πιστώσεις εικόνας:NASA/ESA

Τα δεδομένα συλλέχθηκαν σε σχεδόν 10 ώρες και αφορούσαν περισσότερες από 1275 μετρήσεις πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη διέλευση του πλανήτη από το άστρο υποδοχής του. Για κάθε μήκος κύματος, η ποσότητα του φωτός που μπλοκάρεται από την ατμόσφαιρα του πλανήτη (λευκοί κύκλοι στον παραπάνω πίνακα) υπολογίστηκε αφαιρώντας το φως που διέσχισε την ατμόσφαιρα από το φως που εκπέμπει το αστέρι. Διαφορετικά μόρια αντιστοιχούν σε διαφορετικά μήκη κύματος, και στο μήκος κύματος του χαλαζία, υπήρχε μια εκπληκτική "κρούση".

Με άλλα λόγια, η παρουσία κρυστάλλων χαλαζία θα εξηγούσε τέλεια τα παρατηρούμενα δεδομένα.

Ένα κοινό ορυκτό σε ασυνήθιστο μέρος

Ο χαλαζίας είναι ένα κοινό ορυκτό στη Γη και πιθανότατα υπάρχει και σε άλλους βραχώδεις πλανήτες. Αλλά είναι παρόν στον φλοιό της Γης - όχι στην ατμόσφαιρα. Δεν είναι αυτό που περίμεναν οι ερευνητές. Η συν-συγγραφέας Dr Hannah Wakeford, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, είπε:

"Περιμέναμε πλήρως να δούμε πυριτικά άλατα μαγνησίου. Αλλά αυτό που βλέπουμε αντ 'αυτού είναι πιθανότατα τα δομικά στοιχεία αυτών, τα μικροσκοπικά σωματίδια "σπόρων" που χρειάζονται για να σχηματίσουν τους μεγαλύτερους κόκκους πυριτικού που ανιχνεύουμε σε ψυχρότερους εξωπλανήτες και καφέ νάνους."

Οι κρύσταλλοι χαλαζία στο WASP-17 b είναι πιθανώς παρόμοιοι σε σχήμα με αυτό που βρίσκετε σε καταστήματα με πετράδια στη Γη (μυτερά εξαγωνικά πρίσματα), αλλά πολύ μικρότεροι. Το καθένα έχει πιθανώς περίπου 10 νανόμετρα πλάτος ή 10.000 φορές μικρότερο από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.

Οι κρύσταλλοι χαλαζία θα μπορούσαν να φαίνονται κάπως έτσι. Συντελεστές εικόνας:Jason / Unsplash.

Υπάρχει ένα άλλο ενδιαφέρον κομμάτι για τους ατμοσφαιρικούς κρυστάλλους. Ο χαλαζίας είναι ένα ορυκτό που περιλαμβάνει πυρίτιο και οξυγόνο. Αλλά δεν είναι το μόνο πυριτικό ορυκτό. Στην πραγματικότητα, όταν οι αστρονόμοι ανακαλύπτουν σημάδια πυριτικών κρυστάλλων σε εξωπλανήτες, είναι συνήθως άλλα πυριτικά ορυκτά (όπως η ολιβίνη και το πυροξένιο), όχι καθαρός χαλαζίας. Οι ερευνητές υποπτεύονται ότι οι ιδιαιτερότητες του πλανήτη μπορούν να εξηγήσουν αυτό.

«Το WASP-17 b είναι εξαιρετικά ζεστό - περίπου 1.500 βαθμοί Κελσίου (2.700 ° F) - και η πίεση όπου σχηματίζονται ψηλά στην ατμόσφαιρα είναι μόνο περίπου το ένα χιλιοστό αυτής που βιώνουμε στην επιφάνεια της Γης», εξήγησε ο Γκραντ. "Σε αυτές τις συνθήκες, στερεοί κρύσταλλοι μπορούν να σχηματιστούν απευθείας από αέριο, χωρίς να περάσουν πρώτα από υγρή φάση."

Αλλά οι κρύσταλλοι χαλαζία δεν είναι το μόνο πράγμα που κάνει το WASP-17 b μοναδικό.

Ένας παράξενος, κολασμένος πλανήτης

Το WASP-17 b είναι περίεργο για μερικούς λόγους. Δεν είναι ασυνήθιστο ότι είναι ένας «Καυτός Δίας», αλλά είναι ασυνήθιστο λόγω του τρόπου με τον οποίο περιστρέφεται. Περιστρέφεται σε αντίθετη κατεύθυνση από την τροχιά του στο άστρο. Όταν ανακαλύφθηκε το 2009, ήταν ο μόνος γνωστός πλανήτης που το έκανε. Στην πραγματικότητα, η ανακάλυψη ήταν τόσο εκπληκτική που αμφισβήτησε την παραδοσιακή θεωρία σχηματισμού πλανητών.

Αλλά ο ίδιος ο πλανήτης είναι παλιρροιακά κλειδωμένος - που σημαίνει ότι «βλέπει» το αστέρι του μόνο στη μία πλευρά, όπως εμείς στη Γη βλέπουμε μόνο τη μία πλευρά του φεγγαριού. Αυτό σημαίνει ότι η μία πλευρά είναι πολύ πιο ζεστή από την άλλη. Αυτό δημιουργεί τεράστιους ανέμους που μπορούν να μετακινήσουν τα σωματίδια με υψηλές ταχύτητες.

 «Τα σύννεφα είναι πιθανώς παρόντα κατά τη μετάβαση ημέρας/νύχτας, που είναι η περιοχή που διερευνούν οι παρατηρήσεις μας», είπε ο Γκραντ. "Οι άνεμοι θα μπορούσαν να μετακινούν αυτά τα μικροσκοπικά υαλώδη σωματίδια με ταχύτητα χιλιάδες μίλια την ώρα."

Η μελέτη είναι επίσης ένα νεύμα για το τηλεσκόπιο Hubble. Αν και η χημική υπογραφή των κρυστάλλων ήταν δυνατή μόνο χάρη στα εργαλεία του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, το Hubble έπαιξε επίσης το ρόλο του.

«Τα δεδομένα Hubble έπαιξαν ουσιαστικό ρόλο στον περιορισμό του μεγέθους αυτών των σωματιδίων», εξήγησε ο συν-συγγραφέας Nikole Lewis του Πανεπιστημίου Cornell, ο οποίος ηγείται του προγράμματος Webb Guaranteed Time Observation (GTO) που σχεδιάστηκε για να βοηθήσει στη δημιουργία μιας τρισδιάστατης άποψης μιας καυτής ατμόσφαιρας του Δία. "Γνωρίζουμε ότι υπάρχει πυρίτιο μόνο από τα δεδομένα του Webb, αλλά χρειαζόμασταν τις ορατές και σχεδόν υπέρυθρες παρατηρήσεις από το Hubble για το πλαίσιο, για να καταλάβουμε πόσο μεγάλοι είναι οι κρύσταλλοι."

Είναι δύσκολο να καταλάβουμε πόσο ακριβώς είναι ο χαλαζίας στον πλανήτη και τι σημαίνει αυτό για άλλους εξωπλανήτες. Αλλά η αποκάλυψη του χαλαζία στην ατμόσφαιρα του WASP-17 b δεν είναι μόνο μια στιγμή «Εύρηκα» για τους πλανητικούς επιστήμονες, είναι ένα σημείο καμπής. Με τον James Webb, μπορούμε να εξερευνήσουμε την ατμόσφαιρα των εξωπλανητών με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Καθώς τα εργαλεία μας γίνονται πιο εξελιγμένα, το ίδιο κάνει και η άποψή μας για την πολυπλοκότητα του σύμπαντος.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, ακόμα στις πρώτες μέρες της επιχειρησιακής του ζωής, επαναπροσδιορίζει ήδη τα σύνορα όσων γνωρίζουμε για τους εξωπλανήτες. Αυτή η μελέτη δείχνει πόσα μπορεί να επιτύχει, ειδικά όταν συνδυάζεται με άλλα τηλεσκόπια όπως το Hubble.

Η μελέτη «JWST-TST DREAMS:Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b» δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Astrophysical Journal Letters .