Tag: egzoplanety

Webb mierzy temperaturę skalistej egzoplanety

Radosław B. AMBROŻY

Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do pomiaru temperatury skalistej egzoplanety TRAPPIST-1 b. Pomiar opiera się na emisji termicznej planety: energii cieplnej wydzielanej w postaci światła podczerwonego wykrytego przez instrument średniej podczerwieni (MIRI) Webba. Wynik wskazuje, że dzienna strona planety ma temperaturę około 500 kelwinów i sugeruje, że nie ma znaczącej atmosfery.

Jest to pierwsza detekcja jakiejkolwiek formy światła emitowanego przez egzoplanetę tak małą i tak chłodną jak skaliste planety w naszym Układzie Słonecznym. Wynik jest ważnym krokiem w określeniu, czy planety krążą wokół małych Aktywne gwiazdy podobnie jak TRAPPIST-1 może podtrzymywać atmosferę potrzebną do podtrzymania życia. Wróży to również zdolności Webba do charakteryzowania umiarkowanych egzoplanet wielkości Ziemi za pomocą MIRI.

Te obserwacje naprawdę wykorzystują możliwości Webba w średniej podczerwieni. Żaden z poprzednich teleskopów nie miał czułości pozwalającej mierzyć tak słabe światło średniej podczerwieni.mówi Thomas Greene, astrofizyk z NASA Ames Research Center i główny autor badania opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature.

Skaliste planety krążące wokół ultrachłodnych czerwonych karłów
Na początku 2017 roku astronomowie poinformowali o odkryciu siedem planet skalistych krążący wokół ultrachłodnego czerwonego karła (lub karła M) 40 lat świetlnych od Ziemi. To, co jest niezwykłe w planetach, to ich podobieństwo pod względem wielkości i masy do wewnętrznych, skalistych planet naszego Układu Słonecznego. Chociaż wszystkie krążą znacznie bliżej swojej gwiazdy niż którakolwiek z naszych planet krążących wokół Słońca – wszystkie mogłyby wygodnie zmieścić się na orbicie Merkurego – otrzymują porównywalne ilości energii ze swojej maleńkiej gwiazdy.

TRAPPIST-1 b, najbardziej wewnętrzna planeta, ma odległość orbitalną około jednej setnej orbity Ziemi i otrzymuje około cztery razy więcej energii niż Ziemia otrzymuje od Słońca. Chociaż nie znajduje się w ekosferze systemu, obserwacje planety mogą dostarczyć ważnych informacji o jej siostrzanych planetach, a także o innych systemach karłowatych typu M.

W Drodze Mlecznej jest dziesięć razy więcej takich gwiazd niż Słońce i jest dwa razy więcej skalistych planet niż gwiazd takich jak Słońce. Ale są również bardzo aktywne – są bardzo jasne, gdy są młode, i emitują rozbłyski i promieniowanie rentgenowskie, które mogą zniszczyć atmosferę.wyjaśnia Greene.

Współautorka Elsa Ducrot z Francuskiej Komisji Alternatywnych Energii i Energii Atomowej (CEA) we Francji, która była w zespole, który prowadził wcześniejsze badania systemu TRAPPIST-1, dodała:

Łatwiej jest scharakteryzować planety skaliste wokół mniejszych, chłodniejszych gwiazd. Jeśli chcemy zrozumieć możliwość zamieszkania wokół gwiazd typu M, system TRAPPIST-1 jest świetnym laboratorium. Są to najlepsze cele, jakie mamy do badania atmosfer planet skalistych.

Wykrywanie atmosfery (lub nie)
Wcześniejsze obserwacje TRAPPIST-1 b z Hubble Teleskopy kosmiczne Spitzera nie znalazły dowodów na istnienie rozdętej atmosfery, ale nie były w stanie wykluczyć gęstej.

Jednym ze sposobów zmniejszenia niepewności jest pomiar temperatury planety.

Ta planeta jest pływowo zamknięta, z jedną stroną zwróconą w stronę gwiazdy przez cały czas, a drugą w permanentnej ciemności. Jeśli ma atmosferę do cyrkulacji i redystrybucji ciepła, strona dzienna będzie chłodniejsza niż gdyby nie było atmosfery.mówi Pierre-Olivier Lagage z CEA, współautor artykułu.

Zespół wykorzystał technikę zwaną fotometrią zaćmienia wtórnego, w której MIRI mierzył zmianę jasności z systemu, gdy planeta poruszała się za gwiazdą. Chociaż TRAPPIST-1 b nie jest wystarczająco gorąca, aby emitować własne światło widzialne, ma blask podczerwony. Odejmując jasność gwiazdy (podczas zaćmienia wtórnego) od jasności gwiazdy i planety łącznie, byli w stanie z powodzeniem obliczyć, ile światła podczerwonego emituje planeta.

Pomiar niewielkich zmian jasności
Wykrycie przez Webba wtórnego zaćmienia samo w sobie jest ważnym kamieniem milowym. Ponieważ gwiazda jest ponad 1 razy jaśniejsza od planety, zmiana jasności jest mniejsza niż 0,01%.

Istniała również obawa, że przegapimy zaćmienie. Wszystkie planety przyciągają się nawzajem, więc orbity nie są idealne. Ale to było po prostu niesamowite: czas zaćmienia, który widzieliśmy w danych, pasował do przewidywanego czasu w ciągu kilku minut.powiedział Taylor Bell, doktor habilitowany w Bay Area Environmental Research Institute, który analizował dane.

Zespół przeanalizował dane z pięciu oddzielnych obserwacji zaćmienia wtórnego.

Porównaliśmy wyniki z modelami komputerowymi pokazującymi, jaka powinna być temperatura w różnych scenariuszach. Wyniki są prawie idealnie zgodne z ciałem doskonale czarnym wykonanym z nagiej skały i bez atmosfery do cyrkulacji ciepła. Nie widzieliśmy również żadnych oznak pochłaniania światła przez dwutlenek węgla, co byłoby widoczne w tych pomiarach.wyjaśnił Ducrot.

Badania te zostały przeprowadzone w ramach Webb Gwarantowana obserwacja czasu (GTO) 1177, który jest jednym z ośmiu programów z pierwszego roku nauki Webba, zaprojektowanych w celu pełnego scharakteryzowania systemu TRAPPIST-1. Dodatkowe zaćmienie wtórne Obserwacje TRAPPIST-1 b są obecnie w toku, a teraz, gdy zespół wie, jak dobre mogą być dane, zespół ma nadzieję ostatecznie uchwycić pełną krzywą fazową pokazującą zmianę jasności na całej orbicie. Pozwoli im to zobaczyć, jak zmienia się temperatura z dnia na noc i potwierdzić, czy planeta ma atmosferę, czy nie.

Był jeden cel, o którym marzyłem. I to był ten. Po raz pierwszy możemy wykryć emisję ze skalistej, umiarkowanej planety. To naprawdę ważny krok w historii odkrywania egzoplanet.powiedział Lagage, który pracował nad rozwojem instrumentu MIRI przez ponad dwie dekady.

Webb zauważa wirujące chmury na odległej planecie

Radosław B. AMBROŻY

Naukowcy obserwujący za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zidentyfikowali struktury chmury krzemianowej w atmosferze odległej planety. Atmosfera stale rośnie, miesza się i porusza podczas 22-godzinnego dnia, podnosząc gorętszy materiał i spychając zimniejszy materiał w dół. Wynikające z tego zmiany jasności są tak dramatyczne, że jest to najbardziej zmienny obiekt o masie planetarnej znany do tej pory. Zespół, kierowany przez Brittany Miles z University of Arizona, dokonał również niezwykle jasnych detekcji wody, metanu i tlenku węgla na podstawie danych Webba i znalazł dowody na dwutlenek węgla. Jest to największa liczba cząsteczek, jakie kiedykolwiek zidentyfikowano na planecie poza naszym Układem Słonecznym.

Skatalogowana jako VHS 1256 b, planeta znajduje się około 40 lat świetlnych od nas i krąży wokół nie jednej, ale dwóch gwiazd w okresie 10 000 lat.

VHS 1256 b znajduje się około cztery razy dalej od swoich gwiazd niż Pluton od naszego Słońca, co czyni ją doskonałym celem dla Webba. Oznacza to, że światło planety nie jest zmieszane ze światłem gwiazd.mówi Miles.

Wyżej w atmosferze, gdzie ubijają się chmury krzemianowe, temperatury osiągają upalne 1,500 stopni Fahrenheita (830 stopni Celsjusza).

W tych chmurach Webb wykrył zarówno większe, jak i mniejsze ziarna pyłu krzemianowego, które są pokazane w spektrum.

Drobniejsze ziarna krzemianu w atmosferze mogą bardziej przypominać maleńkie cząstki w dymie. Większe ziarna mogą bardziej przypominać bardzo gorące, bardzo małe cząstki piasku.zauważyła współautorka Beth Biller z Uniwersytetu w Edynburgu w Szkocji.

VHS 1256 b ma niską grawitację w porównaniu do masywniejszych brązowych karłów, co oznacza, że jej chmury krzemianowe mogą pojawiać się i pozostawać wyżej w atmosferze, gdzie Webb może je wykryć. Innym powodem, dla którego niebo jest tak burzliwe, jest wiek planety. W kategoriach astronomicznych jest dość młody. Minęło zaledwie 150 milionów lat od jej powstania – i będzie się zmieniać i ochładzać przez miliardy lat. Pod wieloma względami zespół uważa te odkrycia za pierwsze “monety” wyciągnięte z widma, które naukowcy postrzegają jako skarbnicę danych. Pod wieloma względami dopiero zaczęli identyfikować jego zawartość.

Zidentyfikowaliśmy krzemiany, ale lepsze zrozumienie, które rozmiary i kształty ziaren pasują do określonych typów chmur, będzie wymagało dużo dodatkowej pracy. To nie jest ostatnie słowo na tej planecie – to początek zakrojonych na szeroką skalę wysiłków modelowania, aby dopasować złożone dane Webba.powiedział Miles.

Chociaż wszystkie obserwowane przez zespół struktury zostały dostrzeżone na innych planetach w innych miejscach Drogi Mlecznej przez inne teleskopy, inne zespoły badawcze zazwyczaj identyfikowały tylko jedną na raz.

Żaden inny teleskop nie zidentyfikował tak wielu struktur jednocześnie dla jednego celu. Widzimy wiele cząsteczek w jednym widmie od Webba, które szczegółowo opisują dynamiczne chmury i systemy pogodowe planety.mówi współautor Andrew Skemer z University of California w Santa Cruz.

Zespół doszedł do tych wniosków, analizując dane znane jako widma zebrane przez dwa instrumenty na pokładzie Webba, spektrograf bliskiej podczerwieni (NIRSpec) i instrument średniej podczerwieni (MIRI). Ponieważ planeta krąży w tak dużej odległości od swoich gwiazd, naukowcy byli w stanie obserwować ją bezpośrednio, zamiast używać techniki tranzytów lub koronografu do zbierania tych danych.

Będzie o wiele więcej do nauczenia się o VHS 1256 b w nadchodzących miesiącach i latach, ponieważ ten zespół – i inni – będą nadal przesiewać dane w podczerwieni o wysokiej rozdzielczości Webba.

To ogromny zwrot z bardzo skromnej ilości czasu teleskopu. Po zaledwie kilku godzinach obserwacji mamy niekończący się potencjał do dodatkowych odkryć.dodał Biller.

Co może stać się z tą planetą za miliardy lat? Ponieważ jest tak daleko od swoich gwiazd, z czasem stanie się zimniejsza, a jej niebo może zmienić się z pochmurnego w czyste.

Naukowcy obserwowali VHS 1256 b jako część Webba Program Early Release Science, który ma pomóc w przekształceniu zdolności społeczności astronomicznej do charakteryzowania planet i dysków, w których powstają.

Astronomowie podejrzewali, że powinna tu być planeta, a potem zrobili jej zdjęcie

Radosław B. AMBROŻY

Do tej pory astronomowie potwierdzili 5 272 egzoplanety w 3 943 układach przy użyciu różnych metod detekcji. Spośród nich 1 834 to planety podobne do Neptuna, 1 636 to gazowe olbrzymy (wielkości Jowisza lub większe), 1 602 to skaliste planety kilkakrotnie większe od Ziemi (Superziemie), a 195 to planety podobne do Ziemi. Przy tak wielu egzoplanetach dostępnych do badań (i instrumentach nowej generacji zoptymalizowanych do tego zadania), proces przechodzi od odkrycia do charakteryzacji. Odkrycia, które zdarzają się regularnie, dostarczają zwiastunów tego, co astronomowie prawdopodobnie zobaczą w najbliższej przyszłości.

Na przykład dwa międzynarodowe zespoły astronomów niezależnie odkryły gazowego olbrzyma kilkakrotnie masywniejszego od Jowisza, krążącego wokół gwiazdy podobnej do Słońca około 87,5 lat świetlnych od Ziemi. W serii nowych artykułów, które ukazały się w Astronomy & Astrophysics, zespoły donoszą o wykryciu super-Jowisza krążącego wokół AF Leporis (AF Lep b) za pomocą kombinacji astrometrii i bezpośredniego obrazowania. Zdjęcia, które uzyskali za pomocą instrumentu Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE), stały się Zdjęciem Tygodnia ESO.

Grupami kierowali Dino Mesa, badacz z Osservatorio Astronomico di Padova i Instituto Nazionale di Astrofisica (INAF) oraz Robert De Rosa, astronom z Obserwatorium Paranal Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Chile. Korzystając z danych z satelitów Hipparcos i Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), zespoły potwierdziły obecność AF Lep b za pomocą pomiarów astrometrycznych.

Podobnie jak w przypadku metody prędkości radialnych, metoda ta polega na monitorowaniu ruchu gwiazd pod kątem oznak grawitacji – które wskazują na obecność krążących wokół siebie planet. Przeglądając dane dotyczące AF Leporis, zespoły zauważyły lekkie kołysanie wskazujące na masywną planetę na orbicie wokół niego. Następnie przeprowadzono obserwacje za pomocą SPHERE na należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) przy użyciu zestawu zaawansowanych instrumentów.

Obejmuje to optykę adaptatywną, która koryguje rozmycie spowodowane interferencją atmosferyczną oraz koronograf, który blokuje jasność gwiazdy, dzięki czemu można zobaczyć światło odbite od atmosfer i powierzchni krążących wokół niej planet. Po zastosowaniu do AF Leporis oba zespoły zaobserwowały gazowego olbrzyma o masie około dwóch do pięciu mas Jowisza. To sprawia, że AF Lep b jest najlżejszą egzoplanetą wykrytą dzięki połączonemu wykorzystaniu pomiarów astrometrycznych i bezpośredniego obrazowania.

System AF Leporis ma podobne cechy do naszego Układu Słonecznego. Jako gwiazda ciągu głównego typu widmowego F, AF Leporis ma mniej więcej taki sam rozmiar, masę i temperaturę jak Słońce (gwiazda ciągu głównego typu G). Ponadto planeta okrąża swoją gwiazdę macierzystą w odległości podobnej do tej między Saturnem a Słońcem, a system ma pas szczątków o podobnych charakterystykach jak Pas Kuipera. Jednak gwiazda i jej system są dość młode (~24 miliony lat), co oznacza, że przyszłe badania mogą dostarczyć nowego wglądu w to, jak powstał Układ Słoneczny.

59 nowych planet odkrytych w naszym sąsiedztwie

Radosław B. AMBROŻY

Polowanie na nadające się do zamieszkania planety pozasłoneczne trwa! Dzięki dedykowanym misjom, takim jak Kepler, TESS i Hubble, liczba potwierdzonych planet pozasłonecznych eksplodowała w ciągu ostatnich piętnastu lat (z 5 272 potwierdzonymi i wciąż rośnie!). Jednocześnie teleskopy nowej generacji, spektrometry i zaawansowane techniki obrazowania pozwalają astronomom na dokładniejsze badanie atmosfer egzoplanet. Krótko mówiąc, pole przesuwa się od procesu odkrywania do charakteryzacji, pozwalając astronomom na ściślejsze ograniczenie możliwości zamieszkania.

Znalezienie potencjalnie nadających się do zamieszkania planet “podobnych do Ziemi” wokół tych słabszych gwiazd jest celem wysokorozdzielczych poszukiwań karłów typu M w Calar Alto za pomocą egzoziem za pomocą spektrografów Echelle (Near-infrared i optical Echelle Spectrographs), zlokalizowanych w Obserwatorium Calar Alto w Hiszpanii. W badaniu, które ukazało się dzisiaj w Astronomy & Astrophysics, konsorcjum CARMENES opublikowało dane (Data Release 1) z około 20 000 obserwacji wykonanych w latach 2016-2020. Wśród pomiarów uzyskanych z 362 pobliskich chłodnych gwiazd, DR1 zawierał dane o 59 nowych planetach.

Instrument CARMENES jest spektrografem optycznym i bliskiej podczerwieni zamontowanym na 3,5-metrowym teleskopie i jednym z najbardziej zaawansowanych polowań na planety na świecie przy użyciu metody Radial Velocity Method. Metoda ta, znana również jako spektroskopia dopplerowska, polega na pomiarze światła odległych gwiazd za pomocą spektrometrów w poszukiwaniu oznak przesunięcia ku czerwieni i przesunięcia ku błękitowi – które pokazują, czy planeta porusza się tam i z powrotem. Ruch ten wskazuje na obecność sił grawitacyjnych działających na gwiazdę (tj. układ krążących wokół niej planet) i może dostarczyć dokładnych szacunków masy.

Ilustracja planet CARMENES. Wszystkie planety odkryte tą samą metodą co CARMENES, ale za pomocą innych instrumentów, są pokazane jako szare kropki. © Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)

Konsorcjum CARMENES, które zaprojektowało i zbudowało ten instrument, obejmuje ponad 200 naukowców i inżynierów z 11 hiszpańskich i niemieckich instytucji. Należą do nich Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), Institut für Astrophysik Göttingen (IAG), Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) oraz Centro Astronómico Hispano-Alemán (CAHA).

Od 2015 roku celem konsorcjum było poszukiwanie egzoplanet typu ziemskiego wokół pobliskich czerwonych karłów. Od tego czasu instrument CARMENES podwoił liczbę znanych egzoplanet wokół pobliskich gwiazd typu M za pomocą metody Radial Velocity Method. 59 egzoplanet, które zidentyfikowali w latach 2016-2019, to albo nowe odkrycia, albo potwierdzenia wcześniej wykrytych kandydatów, w tym 6 gazowych olbrzymów podobnych do Jowisza, 10 gazowych olbrzymów podobnych do Neptuna oraz 43 Ziemi i superziem. Odkryto, że kilkanaście z tych ostatnich planet krąży w ekosłonecznych strefach gwiazd.

Od czasu rozpoczęcia działania CARMENES ponownie przeanalizował 17 znanych planet i odkrył i potwierdził 59 nowych planet wokół gwiazd w pobliżu naszego Układu Słonecznego, wnosząc znaczący wkład w rozszerzenie spisu pobliskich egzoplanet.powiedział dr Ignasi Ribas, badacz w ICE-CSIC i dyrektor Instytutu Badań Kosmicznych Katalonii (IEEC), który kierował stadniną. w niedawnym komunikacie prasowym MPIA.

Aby określić istnienie planet wokół gwiazdy, obserwujemy ją co najmniej 50 razy. Chociaż pierwsza runda danych została już opublikowana, aby umożliwić dostęp społeczności naukowej, obserwacje są nadal w toku.dodaje Juan Carlos Morales, badacz z IEEC w ICE-CSIC.

Artykuł opublikowany w Astronomy & Astrophysics jest 100. badaniem opracowanym przez konsorcjum CARMENES, demonstrującym sukces projektu w wykrywaniu egzoplanet wokół słabszych, małomasywnych gwiazd. W latach 2016-2019 CARMENES obserwował prawie połowę wszystkich pobliskich gwiazd typu M w dwóch zakresach długości fali bliskiej podczerwieni – od 0,52 do 0,96 μm i od 0,96 do 1,71 μm – niektóre z nich można obserwować tylko z półkuli południowej. Ponadto widma, które uzyskali, dostarczyły informacji o atmosferach gwiazd i ich planet, co jest niezbędne do charakteryzacji.

Zespół konsorcjum ma nadzieję, że publikacja tego pierwszego dużego zbioru danych pobudzi dalsze badania i odkrycia. Eksperci wykorzystują również dane z zakresu widzialnego badanych gwiazd, aby poprawić przetwarzanie danych w podczerwieni przez CARMENE. Gdy te informacje zostaną upublicznione, astronomowie będą mieli kolejny duży zestaw danych do pracy. W międzyczasie konsorcjum prowadzi więcej obserwacji tych samych gwiazd za pośrednictwem projektu CARMENES Legacy-Plus, który rozpoczął się w 2021 roku i ma potrwać do końca 2023 roku.

Konsorcjum CARMENES planuje zbadać około 300 późnych gwiazd ciągu głównego, gwiazd M5V – czerwonych karłów o masie około 0,162 razy masywniejszej od Słońca. Ostatecznym celem jest wykrycie do 2 milionów planet podobnych do Ziemi, które krążą w ekosferach gwiazd typu M. To długo przyczyni się do rozstrzygnięcia debaty na temat tego, czy życie może przetrwać pod “karmazynowym niebem“, która pozostaje przedmiotem poważnej debaty.