James Webb lost de mysteries van de “suikerspin” exoplaneet Wasp-107b op

De exoplaneet Wasp-107b staat weer in de schijnwerpers met publicaties in het populaire tijdschrift natuur Deze is gratis te vinden op arXiv. Wasp-107b is een van de “suikerspin”-planeten (meisjes haar, in het Engels) als Wasp-193b. We weten het al jaren dankzij waarnemingen met de Hubble-telescoop, waaruit bleek dat het een van de exoplaneten met de laagste dichtheid is die we kennen. In feite is zijn massa echter slechts 12% van zijn lichaamsgewicht JupiterJupiterDe diameter is vergelijkbaar omdat hij sterk wordt verwarmd door zijn gastster (iets koeler en minder zwaar dan onze zon), die in slechts zes dagen een baan om hem heen voltooit. Met temperaturen die honderden graden en hoger bereiken AtmosfeerAtmosfeer Aanzienlijk uitgebreid.

Omdat het zich slechts ongeveer 200 verderop bevindt LichtjaarLichtjaar de ZonnestelselZonnestelselOm deze reden maakt de uitdijende atmosfeer het tot een favoriet doelwit voor het analyseren van de samenstelling door middel van metingen DomeinDomein Door de transmissie van licht van zijn ster zodra deze door deze atmosfeer gaat (zie onderstaande video voor meer details).

Maar wees voorzichtig: als de atmosfeer van Wasp-107 b zo heet is, is het verrassend dat we dit niet kunnen verklaren aan de hand van de straling van zijn gastster. Een exoplaneet, ook al voltooit hij zijn baan op een zevende van de afstand ertussen KwikKwik De zon ontvangt niet genoegenergieenergie Van wesp-107 (A Oranje dwergOranje dwerg Het is kouder dan de zon, met een oppervlaktetemperatuur van 4430 graden KelvinKelvinwat het classificeert als spectraaltype K6) om aldus te worden versterkt.

Er was nog een ander probleem dat trainingsmodellen in twijfel trok GasreuzenGasreuzenMaar de oplossing voor deze mysteries is gevonden door twee onafhankelijke teams van onderzoekers.

Een planetaire atmosfeer heeft een spectrale signatuur die de chemische samenstelling ervan vertegenwoordigt, maar ook de samenstelling ervan in wolken en ‘nevel’. Met behulp van verschillende technieken is het mogelijk om de fysische en chemische eigenschappen van de atmosfeer van een exoplaneet te bepalen. Deze technieken omvatten: spectrale transit, secundaire transit of eclips, directe spectrale observatie van de planeet, of zelfs observatie van de planeet in verschillende stadia rond de ster om temporele en seizoensveranderingen te meten. Ontdek exoplaneten met onze webserie van 9 afleveringen die beschikbaar is op ons YouTube-kanaal. Afspeellijst voorgesteld door CEA en de Universiteit van Paris-Saclay als onderdeel van het Europese onderzoeksproject H2020 Exoplanets-A. © CEA

Een atmosfeer onderzocht door transiënte spectroscopie

In een persbericht van NASANASA De aankondiging ging gepaard met deze ontdekkingAstrofysicusAstrofysicus Louis Wilbanks van’Staatsuniversiteit van Arizona (ASU), hoofdauteur van een van de artikelen die vandaag zijn gepubliceerd in natuur, Leg dat uit” Op basis van zijn straal, massa en leeftijd dachten we dat Wasp-107 b een heel kleine rotsachtige kern had, omringd door een enorme massawaterstofwaterstof En de’HeliumHelium. Maar het was moeilijk te begrijpen hoe zo’n kleine kern zoveel kon absorberen GasGasen slaagt er vervolgens niet in om volledig uit te breiden naar een planeet ter grootte van Jupiter We hebben dit probleem niet gehad met andere “volumineuze Jupiters” (Jupiter is opgeblazen) zijn bekend omdat de meeste heter en vooral massiever zijn, en daarom gemakkelijker te interpreteren.

David Singh Ondergeschikt Johns Hopkins Universiteit (JHU), hoofdauteur van een parallelle studie die vandaag ook is gepubliceerd in natuur, verklaart dat ” Wasp-107 b is een zeer interessant doelwit voor James Webb omdat zijn massa veel koeler is en dichter bij de zijne ligt. NeptunusNeptunus dan de meeste andere planeten met een lage dichtheid, Hete JupiterHete Jupiter, die we hebben bestudeerd. Daarom moesten we methaan en andere gassen kunnen detecteren MoleculenMoleculen Waarschijnlijk zal hij ons hierover informatie verstrekken scheikundescheikunde En de interne dynamiek die we niet kunnen krijgen van een warmere planeet “.

Daarom hebben de twee teams zich ertoe verbonden de samenstelling van de atmosfeer van de exoplaneet te bestuderen door het transmissiespectrum te bestuderen, waarbij ze niet alleen observaties van de NIRCam-instrumenten combineren (Nabij-infraroodcameraNabij-infraroodcamera)) En VrolijkVrolijk (Medium-infraroodinstrument) van Webb, maar ook met WFC3 (Grootbereikcamera 3) l HubbleHubble.

De opmerkelijke resolutie van de gegevens maakte het niet alleen mogelijk om de overvloed van veel moleculen te detecteren, maar ook te meten. De cruciale informatie die hieruit naar voren kwam, was dat beide spectra een verrassend gebrek aan methaan (CH₄) in de atmosfeer van Wasp-107 b: een duizendste van de verwachte hoeveelheid op basis van de veronderstelde temperatuur.

Voor David Singh, Dit is een bewijs dat hete gassen die uit de diepten van de planeet komen zich krachtig moeten vermengen met de koude lagen daarboven. Methaan is onstabiel bij hoge temperaturen. Het feit dat we er zo weinig van hebben ontdekt, ook al hebben we andere koolstofmoleculen ontdekt, vertelt ons dat het binnenste van de planeet veel warmer moet zijn dan we dachten. “.

Een rotsachtige kern die twee keer groter is dan eerder werd gedacht

Nu blijkt dat warmtewarmte De aanwezigheid van de exoplaneet is eigenlijk grotendeels te danken aan… GetijdenkrachtenGetijdenkrachten Wasp-107 b wordt gekneed omdat zijn baan enigszins elliptisch is, waardoor hij periodiek zijn zon, Wasp-107, nadert en vervolgens weer weg beweegt. We weten dat de getijdenkrachten die door deze situatie worden gegenereerd de planeet ernstig kunnen verwarmen, want dat is precies wat we waarnemen en weten te theoretiseren in het geval van Io, de helse vulkanische maan van Jupiter.

Deze verklaring is al eerder geopperd, maar er is geen bewijs voor. Het werd feitelijk op een onverwachte manier verschaft door de kosmische chemie.

” Als we weten hoeveel energie er op de planeet is en hoeveel de planeet bijvoorbeeld uit zwaardere elementen bestaat koolstofkoolstofik’stikstofstikstofik’ZuurstofZuurstof En de ZwavelZwavelDoor de hoeveelheid waterstof en helium te vergelijken, kunnen we berekenen hoeveel massa de kern moet bevatten », onthult in een NASA-persbericht een ander lid van een van de deelnemende teams, Daniël Thorngren Van JHU.

De kernmassa bleek uiteindelijk minstens twee keer zo groot te zijn als aanvankelijk werd verwacht, wat logischer is ThemaThema vorming van de planeten, en dus ” De gegevens van Webb vertellen ons dat planeten als Wasp-107 b niet op een vreemde manier gevormd moeten zijn, met een heel kleine kern en een enorm gasvormig omhulsel. In plaats daarvan kunnen we bedenken dat we te maken hebben met een exoplaneet die een beetje op Neptunus lijkt, met veel gesteente en niet veel gas. We hoeven alleen maar de temperatuur te verhogen om het uiterlijk te krijgen dat hij heeft. », concludeert de astrofysicus Mike Lijnlid van het team van de Arizona State University dat publiceerde Artikel binnen natuur Met zijn Franse collega’s Pierre Olivier Lalage en Ashrin Derrick, leden van de CEA en het National Center for Scientific Research.

Conferentie op 2 april 2023” Eerste resultaten van JWST: exoplaneten op doorreis », geschreven door Achrène Dyrek, afdeling Astrofysica van CEA. © Franse Fysische Vereniging

Onderzoeker Ashrin Derrick Een van de winnaars van de L’Oréal-UNESCO Young Talent Prize for Women in Science 2023 Enige tijd geleden had ze net een conferentie gehouden over de eerste resultaten die ze had behaald met… JWSTJWST Over de atmosfeer van exoplaneten. In het geval van Wasp-107b hadden Achrène Dyrek en haar collega’s het werk al gedaan Dankzij SpectrometerSpectrometer een beetje NauwkeurigheidNauwkeurigheid Voor JWST Miri, een monitoringtool inInfraroodInfrarood waarvan CEA grootaandeelhouder was.