كشف أسرار “كوكب زحل الساخن” ونجمه النقطي

استخدم علماء الفلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي لدراسة الغلاف الجوي خارج كوكب الأرض HAT-P-18 b، الكشف عن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون مع التركيز على تأثير خصائص النجم المضيف على تحليل البيانات.

بقيادة باحثين من معهد تروتييه لأبحاث الكواكب الخارجية (iREx) التابع لجامعة مونتريال، قام فريق من علماء الفلك بتسخير قوة تلسكوب جيمس ويب الفضائي الثوري (JWST) إلى “الساخنة”. قعدكوكب خارج المجموعة الشمسية HAT-P-18 ب.

ونشرت النتائج التي توصلوا إليها الشهر الماضي في المجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكيةيرسم صورة كاملة للغلاف الجوي لـ HAT-P-18 b ويستكشف التحدي الرئيسي المتمثل في تمييز إشارات الغلاف الجوي عن نشاط نجمه.

ويقع HAT-P-18 b على بعد 500 سنة ضوئية بكتلة مشابهة لزحل، لكنه أقرب بكثير إلى الكوكب العملاق. يوم الخميس. ونتيجة لذلك، يتمتع الكوكب الخارجي بغلاف جوي “منتفخ”، وهو أفضل بكثير للتحليل.

عرض فني للكوكب الخارجي “زحل الساخن”، HAT-P-18 b. الائتمان: ناسا / عيون على الكواكب الخارجية

المرور فوق النجمة المنقطّة

تم أخذ الملاحظات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي أثناء مرور HAT-P-18 b أمام نجمه الشبيه بالشمس. تسمى هذه اللحظة بالعبور وهي ضرورية لاكتشاف وتوصيف كوكب خارجي يبعد مئات السنين الضوئية بدقة مذهلة.

لا يلاحظ علماء الفلك الضوء المنبعث مباشرة من كوكب بعيد. وبدلاً من ذلك، يدرسون كيفية حجب ضوء النجم المركزي وتأثره بالكوكب الذي يدور حوله، لذا يحاولون إزالة الإشارات الناتجة عن وجود الكوكب بسبب خصائص النجم الخاصة.

يُظهر منحنى الضوء لمعان النجم أو سطوعه بمرور الوقت. عندما يمر كوكب خارج المجموعة الشمسية فوق نجم يسمى العبور، يتم حجب جزء من ضوء النجم بواسطة الكوكب الخارجي. ونتيجة لذلك، يقل لمعان النجم. عندما يكون النجم محجوبًا على سطح النجم، أو عندما يمر كوكب خارج المجموعة الشمسية فوق بقعة مظلمة، يستطيع علماء الفلك رؤية إشارة في منحنى الضوء على شكل نتوء صغير عند قاعدة منحنى الضوء العابر. شاهد الرسوم المتحركة الكاملة لهذا المخطط أدناه. الائتمان: ب. جوجيون / جامعة مونتريال

مثل شمسنا، النجوم ليس لها أسطح موحدة. يمكن أن تحتوي على بقع نجمية داكنة ومناطق مشرقة، والتي يمكن أن تنتج إشارات تحاكي خصائص الغلاف الجوي للكوكب. وجدت دراسة حديثة لـ TRAPPIST-1 b ونجمه TRAPPIST-1، بقيادة طالبة الدكتوراه في UdeM أوليفيا ليم، انفجارًا أو تمددًا على سطح النجم مما أثر على عمليات الرصد.

أما بالنسبة للكوكب HAT-P-18 b، فقد التقط ويب صورة للكوكب الخارجي أثناء مروره عبر بقعة مظلمة على نجمه HAT-P-18. وهذا ما يسمى بظاهرة التقاطع البقعي، ويظهر تأثيرها واضحا في البيانات التي تم جمعها للدراسة الجديدة. وجد فريق IREx أن HAT-P-18 يحتوي على العديد من النقاط النجمية على سطحه والتي لا يحجبها كوكب خارجي.

لتحديد التركيبة الجوية للكوكب الخارجي بدقة، كان على الباحثين أن يقوموا في نفس الوقت بوضع نموذج للغلاف الجوي للكوكب وخصائص نجمه. وأشاروا في دراستهم إلى أن مثل هذه الاعتبارات ستكون مهمة في معالجة عمليات رصد الكواكب الخارجية في المستقبل عبر الويب.

وقال المؤلف الرئيسي ماريلو فورنييه دوندرو: “يشير حساب التلوث النجمي إلى وجود بقع وغيوم بدلاً من الضباب ويستعيد وفرة لا تذكر تقريباً من بخار الماء”.

وقال فورنييه دوندرو، الذي عمل على iREx كطالب ماجستير وهو الآن حاصل على درجة الدكتوراه: “لذا فإن النظر إلى النجم المضيف للنظام يحدث فرقًا كبيرًا”. في جامعة أكسفورد.

“بفضل أداة NIRISS (تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة ومرسمة الطيف بدون شق) الكندية، تمكنت لأول مرة من الفصل بوضوح بين بصمات السديم والبقع النجمية.

H2O وCO2 والسحب في الجو المحترق

بعد نمذجة الكوكب الخارجي والنجم في نظام HAT-P-18، استخرج علماء الفلك في iREx بدقة تركيبة الغلاف الجوي لـ HAT-P-18 b. ومن خلال فحص الضوء الذي يترشح عبر الغلاف الجوي للكوكب الخارجي أثناء مروره بنجمه المضيف، وجد الباحثون بخار الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2).

واكتشف الباحثون احتمال وجود الصوديوم، ووجدوا علامات قوية على وجود غطاء سحابي في الغلاف الجوي لـ HAT-P-18 b، والذي يبدو أنه يكتم إشارات العديد من الجزيئات الموجودة فيه. وخلصوا إلى أن سطح النجم مغطى بالعديد من البقع الداكنة، مما يؤثر بشكل كبير على تفسير البيانات.

كشف تحليل سابق لنفس بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، بقيادة فريق من جامعة جونز هوبكنز، بوضوح عن الماء وثاني أكسيد الكربون، لكن جسيمات أصغر تسمى هوس على ارتفاعات أعلى وتلميحات من غاز الميثان (CH4). يرسم علماء الفلك في iREx صورة مختلفة.

ولم يتم تأكيد اكتشاف CH4، وكانت وفرة المياه التي حددوها أقل بعشر مرات مما تم اكتشافه سابقًا. ووجدوا أيضًا أن اكتشاف السدم في الدراسة السابقة يمكن أن يكون ناجمًا عن البقع النجمية الموجودة على سطح النجم، مما يسلط الضوء على أهمية أخذ النجم في الاعتبار في التحليل.

هل يمكن للكواكب الخارجية أن تدعم الحياة؟ لا توجد فرصة. تعتبر الجزيئات مثل الماء وثاني أكسيد الكربون والميثان بصمات حيوية، أو علامات على الحياة، بنسب معينة أو بالاشتراك مع جزيئات أخرى، وتقترب درجة حرارة احتراق HAT-P-18 b من 600 درجة. درجة مئوية موطن الكوكب ليس جيدًا.

تعد الملاحظات المستقبلية من أداة أخرى من أدوات JWST، وهي مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec)، بالمساعدة في تحسين نتائج الفريق، مثل اكتشاف ثاني أكسيد الكربون، وإلقاء المزيد من الضوء على الفروق الدقيقة في زحل الحار هذا.

المرجع: “التحليل الطيفي للإرسال بالأشعة تحت الحمراء القريبة لـ HAT-P-18 b مع NIRISS: تفكيك الميزات الكوكبية والنجمية في عصر JWST” بقلم ماريلو فورنييه-توندرو، ريان جيه ماكدونالد، مايكل راديكا، ديفيد لافرينيريكس، لويس ويلبانوليت، كارو ويلبانوليت. لويس فيليب كولومبي، رومان ألارت، كيم موريل، إتيان أرتيجاو، لويك ألبرت، أوليفيا ليم، رينيه دويون، بيورن بينيكي، جايسون إف رو، أنطوان دارفو بيرنييه، نيكولاس بي كوان، نيكول كيه جاج، نيكول كيه جاج، نيكول كيه جاج. ، نيكول ك جاج، أوليفيا ليم، رينيه دويون، فريديريك جينيست، ستيفان بيليتييه، دوغ جونستون، ليزا دانغ، ليزا كالتنيجر، جيك تايلور وجيك دي تورنر، 09 ديسمبر 2023، الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
دوى: 10.1093/منراس/ستاد3813