חוקרים המשתמשים בטלסקופ החלל ג'יימס ווב חשפו הבדלים אטמוספריים על כוכב הלכת האקסו-פלנט WASP-39 b, וחשפו שינויים בטמפרטורה וכיסוי עננים מובהק על פני חצאי הכדור הנעולים שלו. כוכב הלכת, דומה בגודלו לצדק אך קרוב יותר במסה לשבתאי, מציג צד ערב חם יותר בהשוואה לצד הבוקר שלו, המיוחס למחזוריות אטמוספרית עוצמתית. קרדיט: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
ניתוח ספקטרלי קרוב לאינפרא אדום של terminator מאשר הבדלים באווירת הבוקר והערב.
מאז הראשון אקסופלנט התגלה ב-1992, אלפי כוכבי לכת המקיפים כוכבים מחוץ למערכת השמש שלנו אושרו באמצעות אינספור שיטות שונות, כולל הדמיה ישירה, מיקרו-עדשות כבידה, מדידת מעברים ואסטרומטריה. במהלך השנים התפתחו טכניקות לחקר כוכבי לכת אלה, כאשר אסטרונומים לומדים פרטים על הרכב האטמוספירה של העולמות הרחוקים הללו.
נאס"אשל טלסקופ החלל ג'יימס ווב ממשיכה לקדם את תחום המחקר הזה ולהעמיק את ההבנה שלנו לגבי המגוון של כוכבי לכת חיצוניים והאטמוספרות שלהם.
האחרון? ווב אפשר לאסטרונומים לנתח את ההבדלים האטמוספריים בין הבוקר והערב על כוכב לכת נעול בגאות – הישג מדהים לעולם מרוחק במרחק של 700 שנות אור מכדור הארץ כמו WASP-39 b.
הקונספט של אמן זה מראה כיצד יכול להיראות כוכב הלכת WASP-39 b על סמך תצפיות מעבר עקיפות מטלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א כמו גם טלסקופים אחרים מבוססי חלל וקרקע. קרדיט: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
טלסקופ החלל ווב חוקר זריחות נצחיות, שקיעות בעולם רחוק
חוקרים המשתמשים בטלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א אישרו סוף סוף את מה שדגמים חזו בעבר: לכוכב הלכת החיצוני יש הבדלים בין אווירת הבוקר הנצחית שלו והערב הנצחית שלו. WASP-39 b, כוכב לכת ענק בקוטר פי 1.3 גדול מ צדקאבל מסה דומה ל שַׁבְתַאִי מקיף כוכב במרחק של כ-700 שנות אור מכדור הארץ, ננעל בגאות לכוכב האם שלו. זה אומר שיש לו צד קבוע של יום וצד לילה קבוע – צד אחד של כוכב הלכת חשוף תמיד לכוכב שלו, בעוד שהשני תמיד עטוף בחושך.
באמצעות NIRSpec (ספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב) של Webb, אסטרונומים אישרו הבדל טמפרטורה בין הבוקר הנצחי לערב הנצחי ב-WASP-39 b, כאשר הערב נראה חם יותר בכ-300 פרנהייט מעלות (בערך 200 צֶלסִיוּס מעלות). הם גם מצאו עדויות לכיסוי עננים שונה, כאשר חלק הבוקר הנצחי של כדור הארץ כנראה מעונן יותר מהערב.
אנימציה זו מתארת כיצד ווב משתמש בספקטרוסקופיה של שידור כדי לחקור את האטמוספרות של כוכבי לכת מרוחקים. קרדיט: נאס"א, ESA, CSA, לאה הוסטק
התקדמות במחקרי האטמוספירה של כוכבי הלכת
אסטרונומים ניתחו את ספקטרום ההולכה של 2 עד 5 מיקרון של WASP-39 b, טכניקה החוקרת את הטרמינטור של כוכב הלכת החיצוני, הגבול המפריד בין צד היום והלילה של כוכב הלכת. ספקטרום שידור נעשה על ידי השוואת אור כוכבים המסונן דרך האטמוספירה של כוכב הלכת כשהוא נע מול הכוכב, לאור הכוכבים הבלתי מסונן שזוהה כאשר כוכב הלכת נמצא ליד הכוכב. בעת ההשוואה הזו, החוקרים יכולים לקבל מידע על הטמפרטורה, ההרכב ותכונות אחרות של האטמוספירה של כוכב הלכת.
"WASP-39 b הפך למעין כוכב הלכת אמת בחקר האטמוספירה של כוכבי לכת חיצוניים עם ווב", אמר נסטור אספינוזה, חוקר כוכבי לכת ב- המכון למדע טלסקופ החלל והמחבר הראשי של המחקר. "יש לו אטמוספרה מנופחת ונפוחה, כך שהאות המגיע מאור הכוכבים המסונן דרך האטמוספירה של כוכב הלכת הוא די חזק."
עקומת אור של NIRSpec של טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א (Near-Infrared Spectrograph) מציגה את השינוי בבהירות ממערכת הכוכבים WASP-39 לאורך זמן בזמן שכוכב הלכת עבר את הכוכב. תצפית זו נעשתה באמצעות מצב סדרת זמן של אובייקטים בהירים של NIRSpec, המשתמש בסורג כדי לפזר אור מעצם בהיר בודד (כמו הכוכב המארח של WASP-39 b) ולמדוד את הבהירות של כל אורך גל של אור במרווחים מוגדרים של זְמַן. קרדיט: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
תובנות טמפרטורה והרכב אטמוספרי
ספקטרום Webb שפורסמו בעבר של האטמוספירה של WASP-39b, שחשפה נוכחות של פחמן דו חמצני, גופרית דו חמצנית, אדי מים ונתרן, מייצגים את כל גבול היום/לילה – לא היה ניסיון מפורט להבדיל בין צד אחד לשני.
כעת, הניתוח החדש בונה שני ספקטרים שונים מאזור הסוף, ובעצם מפצל את גבול היום/לילה לשני חצאי מעגלים, אחד מהערב והשני מהבוקר. נתונים חושפים את הערב כחם יותר באופן משמעותי, 1,450 מעלות פרנהייט (800 מעלות צלזיוס), ואת הבוקר קריר יחסית 1,150 מעלות פרנהייט (600 מעלות צלזיוס).
ספקטרום השידור הזה, שנלכד באמצעות NIRSpec (ספקטרוגרף אינפרא-אדום קרוב) PRISM בהיר אובייקט-זמן סדרת אובייקט, מציג את כמויות אור הכוכבים הקרוב לאינפרא אדום שנחסמו על ידי האטמוספירה של כוכב הלכת האקזו-הגז החם ענק WASP-39 b. הספקטרום מראה עדויות ברורות למים ולפחמן דו חמצני, ושונות בטמפרטורה בין הבוקר לערב על כוכב הלכת החיצוני.
ניתוח חדש של ספקטרום השידור של WASP-39 b בונה שני ספקטרום שונים מגבול היום/לילה הנייח על כוכב הלכת החיצוני, ובעצם מפצל את אזור הסוף הזה לשני חצאי מעגלים, אחד מהערב, והשני מהבוקר. נתונים חושפים את הערב כחם יותר באופן משמעותי, 1,450 מעלות פרנהייט (800 מעלות צלזיוס), ואת הבוקר קריר יחסית 1,150 מעלות פרנהייט (600 מעלות צלזיוס).
הקווים הכחולים והצהובים הם מודל המתאים ביותר שלוקח בחשבון את הנתונים, המאפיינים הידועים של WASP-39 b והכוכב שלו (למשל, גודל, מסה, טמפרטורה), ומאפיינים משוערים של האטמוספירה.
קרדיט: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
השלכות של שינויים בטמפרטורה
"זה באמת מדהים שאנחנו מסוגלים לנתח את ההבדל הקטן הזה, וזה אפשרי רק בגלל הרגישות של ווב על פני אורכי גל קרוב לאינפרא אדום והחיישנים הפוטומטריים היציבים ביותר שלו", אמר אספינוזה. "כל תנועה זעירה במכשיר או במצפה בזמן איסוף נתונים הייתה מגבילה מאוד את היכולת שלנו לבצע את הזיהוי הזה. זה חייב להיות מדויק בצורה יוצאת דופן, ווב הוא בדיוק זה".
מודלים נרחבים של הנתונים שהתקבלו מאפשרים לחוקרים גם לחקור את מבנה האטמוספירה של WASP-39 b, את כיסוי העננים ומדוע הערב חם יותר. בעוד עבודה עתידית של הצוות תחקור כיצד כיסוי העננים עשוי להשפיע על הטמפרטורה, ולהיפך, אסטרונומים אישרו את זרימת הגז מסביב לכוכב הלכת כאשם העיקרי בהפרש הטמפרטורה ב-WASP-39 b.
הבנת דפוסי רוח פלנטריים ודינמיקת טמפרטורה
בכוכב אקסו-פלנט מוקרן מאוד כמו WASP-39 b שמסתובב קרוב יחסית לכוכב שלו, החוקרים מצפים בדרך כלל שהגז יזוז בזמן שכוכב הלכת מסתובב סביב הכוכב שלו: גז חם יותר משולי היום אמור לנוע במהלך הערב אל הלילה דרך גז חזק יותר. זרם סילון משווני. מכיוון שהפרש הטמפרטורות כל כך קיצוני, גם הפרש לחץ האוויר יהיה משמעותי, אשר בתורו יגרום למהירויות רוח גבוהות.
באמצעות מודלים כלליים של מחזוריות, מודלים תלת מימדיים הדומים לאלו המשמשים לניבוי דפוסי מזג אוויר על פני כדור הארץ, חוקרים גילו שב-WASP-39 b הרוחות השוררות ככל הנראה נעות מצד הלילה על פני הקצה של הבוקר, סביב צד היום, על פני מסיים ערב ולאחר מכן מסביב ללילה. כתוצאה מכך, צד הבוקר של הטרמינטור קריר יותר מהצד הערב. במילים אחרות, צד הבוקר נפגע ברוחות אוויר שצוננו בלילה, בעוד שהערב נפגע מרוחות אוויר מחוממות בשעות היום. מחקרים מראים שמהירות הרוח ב-WASP-39 b יכולה להגיע לאלפי מיילים בשעה!
כיווני מחקר עתידיים ותרומות המדע המוקדמות של ווב
"הניתוח הזה גם מעניין במיוחד מכיוון שאתה מקבל מידע תלת מימדי על הפלנטה שלא קיבלת קודם לכן," הוסיף אספינוזה. "בגלל שאנחנו יכולים לדעת שקצה הערב חם יותר, זה אומר שהוא קצת יותר נפוח. אז, תיאורטית, ישנה התנפחות קטנה במחסום המתקרב לצד הלילה של כדור הארץ."
תוצאות הצוות פורסמו בכתב העת טֶבַע.
החוקרים יחפשו כעת להשתמש באותה שיטת ניתוח כדי לחקור הבדלים אטמוספריים של צדקים חמים אחרים הנעולים בגאות, כחלק מתוכנית המשקיפים הכללית של מחזור ווב 2 3969.
WASP-39 b היה בין היעדים הראשונים שניתחו על ידי Webb כשהחל בפעילות מדעית רגילה בשנת 2022. הנתונים במחקר זה נאספו במסגרת תוכנית מדע לשחרור מוקדם 1366, שנועדה לעזור למדענים ללמוד במהירות כיצד להשתמש במכשירי הטלסקופ ולממש את הפוטנציאל המדעי המלא.
טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) הוא מצפה כוכבים גדול מבוסס חלל ששוגר ב-25 בדצמבר 2021. זהו פרויקט שיתופי הכולל את נאס"א, סוכנות החלל האירופית (ESA), וסוכנות החלל הקנדית (CSA). כיורש המדעי של טלסקופ החלל האבל, JWST נועד לספק רזולוציות ורגישות חסרות תקדים בטווח האינפרא אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי. יכולת זו מאפשרת לאסטרונומים לחקור כל שלב בהיסטוריה הקוסמית – מהזוהרים הראשונים שלאחר ה המפץ הגדול, להיווצרות מערכות שמש המסוגלות לתמוך בחיים על כוכבי לכת כמו כדור הארץ, לאבולוציה של מערכת השמש שלנו. ממוקם בנקודת לגראנז' השנייה (L2), JWST יחקור מגוון רחב של שאלות מדעיות, שיעזור לחשוף תובנות חדשות על מבנה היקום ומקורותיו.
