De James Webb-telescoop onthult kwartswolken in de atmosfeer van een exoplaneet

Het festival van ontdekkingen met de James Webb Space Telescope (JWST) stelt niet teleur, ook al is Hubert Reeves helaas niet meer bij ons om er commentaar op te geven. Deze keer heeft de opvolger van Hubble, zoals uitgelegd in een persbericht van NASA, zijn zinnen gezet op WASP-17 b, een van de drie exoplaneten waarop het Dreams-onderzoeksprogramma gericht is.Diepe verkenning van exoplanetaire atmosferen) dat is ontworpen om een ​​uitgebreide reeks waarnemingen samen te stellen van een vertegenwoordiger van elke grote klasse exoplaneten: hete Jupiter, hete Neptunus en een gematigde rotsachtige planeet.

WASP-17 b is een hete Jupiter, die zich op ongeveer 1300 lichtjaar van de aarde bevindt en zich in het midden-infrarood bevindt met behulp van het Merry-instrument (Midden-infrarood webtool) David Grant, onderzoeker aan de Universiteit van Bristol in Groot-Brittannië, was degene die deze ontdekking samen met zijn collega’s deed. Discovery gepubliceerd in een artikel vanAstrofysische dagboekbrieven Die vrij gelezen kan worden arXiv.

” We waren gelukkig! We wisten uit Hubble-waarnemingen dat er aërosolen moesten zijn – kleine deeltjes die wolken of mist vormen – in de atmosfeer van WASP-17 b, maar we hadden niet verwacht dat het kwarts zou zijn. », legt de astrofysicus uit in een persbericht van NASA.

” We hadden volledig verwacht magnesiumsilicaat te zien. Maar wat we in plaats daarvan zien zijn waarschijnlijk de bouwstenen van deze deeltjes, de kleine ‘zaad’-deeltjes die nodig zijn om de grotere silicaatkorrels te vormen die we detecteren in koude exoplaneten en bruine dwergen. », legt zijn collega en auteur van het artikel, Hannah Wakeford, eveneens van de Universiteit van Bristol uit.

Wolken van gepolymeriseerd silicaat

Astrofysici hebben duidelijk de spectrale signatuur van kwarts-nanokristallen geïdentificeerd in de wolken op grote hoogte van WASP-17 b. Onthoud dat kwarts, ook al heeft het de chemische formule SiO₂Het maakt deel uit van de tectosilicaten, dit zijn mineralen die worden gevormd door de binding van tetraëdrische elementaire elementen [SiO₄]⁴⁻ Met al hun hoogtepunten. Het is dus een soort gepolymeriseerd macromolecuul dat een kristalrooster vormt.

Dit is niet de eerste keer dat silicaten, mineralen die rijk zijn aan silicium en zuurstof, worden gedetecteerd in de atmosfeer van exoplaneten. Maar deze mineralen waren ook rijk aan magnesium, zoals olivijn en pyroxeen. We kunnen ook het geval aanhalen van olivijnkristallen die met de ter ziele gegane Spitzer-telescoop in buitenste kometen zijn waargenomen. We kunnen zelfs zeggen dat observaties die door de jaren heen zijn gedaan aantonen dat silicaten heel gebruikelijk zijn in de Melkweg, en dat rotsachtige planeten zoals de aarde, die ook veel silicaten bevatten, daarom niet zeldzaam zouden moeten zijn in het waarneembare universum.

Maar dit is de eerste keer dat we de spectrale signatuur van kwartskristallen hebben gevonden, en dus van silicaten die grotendeels worden beschreven door de formule SiO.₂. Dit is niet het geval bij olivijnkristallen zoals forsteriet, met de formule Mg₂Genezing₄ Of zelfs fylliet met de formule Fe₂Genezing₄. Nog erger is de zaak bij pyroxenen, waarvan het voorbeeld van augiet voldoende is om aan te tonen in de vorm (Ca,Na)(Mg,Fe,Al).[(Si,Al)O₃]₂.

Kwartswolken werden ontdekt tijdens planetaire transits

Analyse van de atmosfeer van een hete Jupiter wordt gemakkelijker gemaakt door het feit dat de exoplaneet meer dan zeven keer zo groot is als Jupiter, ook al is zijn massa minder dan de helft. Dit komt omdat WASP-17 b een van de grootste en meest opgeblazen exoplaneten is die we kennen, vanwege de nabijheid van zijn ster, waardoor deze een temperatuur heeft die bepaalde metalen kan doen smelten. De extreem uitgestrekte atmosfeer maakt het daarom een ​​ideale planeet voor transmissiespectroscopie: een techniek die bestaat uit het meten van de filterende en verstrooiende effecten van de atmosfeer van een planeet op sterlicht, in dit geval de zon van WASP-17 b. Webb bewaakte het WASP-17-systeem gedurende ongeveer 10 uur en verzamelde meer dan 1.275 metingen van de helderheid van midden-infraroodlicht van 5 tot 12 micron.

Methoden voor het detecteren van exoplaneten zijn sinds de jaren negentig enorm gevarieerd en kunnen in twee hoofdcategorieën worden ingedeeld: directe en indirecte methoden. De drie belangrijkste methoden zijn de directe beeldvormingsmethode, de indirecte transitmethode en de indirecte radiale snelheidsmethode. Ontdek exoplaneten met deze webserie van negen afleveringen. Op ons YouTube-kanaal vind je elke week een video. Afspeellijst voorgesteld door CEA en de Universiteit van Paris-Saclay als onderdeel van het Europese onderzoeksproject H2020 Exoplanets-A. © CEA Onderzoek

David Grant legt dit ook uit met betrekking tot kwarts-nanokristallen omdat “ WASP-17 b is zo heet – ongeveer 1.500 graden Celsius – en de druk waarbij ze zich in de atmosfeer vormen is slechts ongeveer een duizendste van de druk die we ervaren aan het aardoppervlak, en deze vaste kristallen kunnen zich rechtstreeks uit gas vormen, zonder er doorheen te gaan. door een vloeistof. De eerste fase “.

De onderzoeker voegt eraan toe dat met betrekking tot de wolken waarin deze kristallen aanwezig zijn, waarvan de hoeveelheid moeilijk nauwkeurig te bepalen is, ze “ Ze bevinden zich waarschijnlijk langs de overgang tussen dag en nacht (het interval), het gebied dat onze waarnemingen verkennen. Wind kan deze kleine metaaldeeltjes met snelheden van duizenden kilometers per uur verplaatsen “.

We kunnen ook denken dat wolken van nanokristallen in een baan om de planeet draaien, maar verdampen wanneer ze de warmere dagzijde bereiken.