Kepada sesetengah orang 880 tahun cahaya dari BumiSebuah gergasi gas ekstrem perlahan-lahan hancur di angkasa lepas. Ini ialah WASP-121 b, sebuah eksoplanet ultra panas seperti Musytari yang kehilangan sebahagian daripada atmosferanya dan membentuk lapisan gas baharu. ekor helium selama ia mengelilingi sebahagian besar orbitnya.
Terima kasih kepada teleskop angkasa james webbSebuah konsortium saintis antarabangsa—dengan penyertaan Eropah dan Sepanyol—telah berjaya menjejaki pelepasan atmosfera ini hampir untuk keseluruhan orbit planet ini. Pemerhatian telah mendedahkan, buat pertama kalinya dengan begitu terperinci, kehadiran dua ekor helium yang berbezaSatu yang mendahului planet ini dan satu lagi yang mengikutinya, menentang model klasik yang meramalkan struktur seperti komet tunggal.
Musytari yang sangat panas di pinggir bintangnya
WASP-121 b tergolong dalam kategori Musytari yang sangat panasGergasi gas dengan jisim yang setanding atau lebih besar daripada Musytari, tetapi dalam orbit yang sangat dekat dengan bintang mereka. Dalam kes ini, planet ini melengkapkan satu orbit mengelilingi bintangnya hanya dalam 30 jam, atau kira-kira 1,275 hari, yang menunjukkan jarak yang sangat dekat.
Jarak ini sangat kecil sehingga ia bersamaan dengan hampir satu 2,6% daripada jarak antara Bumi dan MatahariAkibatnya, planet ini terkunci secara pasang surut: ia sentiasa menunjukkan permukaan yang sama kepada bintang, sama seperti Bulan kepada Bumi. Hemisfera siang hari tertakluk kepada suhu beberapa ribu darjah, dengan anggaran sekitar 2350 kelvin atau lebih-lebih lagi di lapisan atas atmosfera.
Saiz planet ini juga ekstrem. WASP-121 b mempunyai jisim yang serupa atau lebih besar daripada Musytari, tetapi jejarinya hampir sama dengan Musytari. dua kali ganda daripada gergasi Sistem Suria kitaIni mengakibatkan atmosfera yang sangat mengembang. Sampul gas ini menjangkaui apa yang dipanggil lobus Roche, kawasan di mana graviti planet boleh menahan gas tersebut daripada tarikan bintang.
Dalam keadaan ini, gas ringan, terutamanya hidrogen dan heliumMereka mempunyai masa yang sangat mudah untuk melarikan diri. Tetapi haba yang melampau dan daya pasang surut bukan sahaja mengusir unsur-unsur ringan: mereka juga menyeret bahan yang lebih berat, termasuk logam alkali dan spesies seperti silikon monoksida, mengubah struktur atmosfera secara mendalam.
Rekod prestasi yang memecahkan rekod bersama James Webb
Penemuan ekor helium adalah berdasarkan kempen pemerhatian yang berpanjangan dengan Teleskop Angkasa James Webb (JWST)Selama hampir 37 jam berturut-turut, teleskop tersebut merekodkan variasi dalam spektrum bintang inang disebabkan oleh penyerapan helium di atmosfera planet ini, satu tempoh yang meliputi lebih daripada satu orbit lengkap WASP-121 b.
Kuncinya ialah penggunaan instrumen inframerah yang sangat sensitif, antaranya NIRISSDibangunkan oleh Agensi Angkasa Lepas Kanada dengan kerjasama ESA dan NASA, spektrograf ini membolehkan pengesanan tandatangan Helium dalam keadaan metastabil, sejenis cap jari kimia yang sangat berguna untuk menjejaki gas yang terlepas ke angkasa lepas.
Sehingga kini, kebanyakan kajian kebocoran atmosfera pada eksoplanet terhad kepada tempoh masa yang singkat, biasanya apabila planet itu transit di hadapan cakera bintangnya. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, adalah mungkin untuk menjejaki pelepasan atmosfera di sepanjang kira-kira 60% orbitsemasa dan di luar transit.
Pendekatan berterusan ini telah membolehkan pembinaan semula yang lebih terperinci terhadap geometri tiga dimensi aliran gas mengelilingi planet ini. Data menunjukkan bahawa helium mengelilingi WASP-121 ba di sepanjang sebahagian besar laluan orbitnya, menghasilkan struktur yang jauh lebih kompleks daripada ekor ringkas yang sejajar dengan angin najam.
Dua ekor helium: satu di hadapan dan satu di belakang
Analisis pemerhatian telah mendedahkan bahawa atmosfera WASP-121 b yang terlepas disusun menjadi dua ekor helium yang berbezaYang pertama, yang dikenali sebagai aliran utama, terletak di hadapan planet dalam gerakan orbitnya. Yang kedua, yang dipanggil aliran mengekori, memanjang di belakangnya dan secara beransur-ansur tersebar.
La ekor hadapan Ia nampaknya sangat dipengaruhi oleh graviti bintang. Sebahagian daripada helium yang meninggalkan planet ini secara literalnya "ditarik" ke dalam, disalurkan ke arah zon keseimbangan graviti yang dikenali sebagai Titik Lagrange L4Sesetengah model mencadangkan bahawa proses pertambahan gas ini ke arah bintang mungkin bermula.
Untuk bahagiannya, yang ekor Ia didominasi oleh tekanan sinaran dan angin bintang. Bahan yang terlepas dari hemisfera siang hari dan terminator planet ditolak ke belakang, membentuk ekor yang luas yang secara beransur-ansur mencair ke dalam medium sirkumstelar.
Data menunjukkan bahawa barisan ini memanjang hingga jarak yang sangat jauh, mengikut susunan lebih daripada 100 kali jejari planetKita bercakap tentang panjang yang mencapai kira-kira 107 jejari planet, setanding dengan sepersepuluh unit astronomi, iaitu, sekitar 0,1 kali ganda jarak purata antara Bumi dan MatahariDari segi visual, jika kita dapat memerhatikan sistem ini dengan teliti, kita akan melihat planet ini dikelilingi oleh struktur gas yang meliputi sebahagian besar orbitnya.
Konfigurasi berganda ini telah mengejutkan komuniti saintifik. model hidrodinamik klasik Corak pelepasan atmosfera biasanya meramalkan ekor tunggal yang sejajar dengan angin bintang, serupa dengan ekor kometWalau bagaimanapun, dalam WASP-121 b, taburan yang jauh lebih kompleks diperhatikan, yang memerlukan semakan semula simulasi dan mengambil kira interaksi gabungan radiasi, angin, pasang surut graviti dan putaran.
Proses hidrodinamik dan kebocoran atmosfera yang melampau
Inti dari fenomena ini terletak pada apa yang disebut oleh para ahli ekzos hidrodinamikTidak seperti kehilangan gas yang lebih ringan, pemanasan melampau lapisan atas atmosfera di sini menghasilkan aliran besar-besaran yang membawa bersamanya kedua-dua gas ringan dan sebatian yang lebih berat.
Sinaran yang sangat besar dari bintang itu memanaskan termosfera planet sehingga ia mengembang ke tahap yang sangat besar. termosfera bersaiz besar Ia melangkaui lobus Roche, di mana graviti planet berhenti dominan. Dari situ, gas mula mengalir ke luar seolah-olah ia adalah angin planet yang berterusan.
Selain radiasi, daya pasang surut Mereka memainkan peranan penting. Orbit WASP-121 b yang ketat menghasilkan interaksi graviti yang kuat dengan bintang, yang memesongkan planet ini dan memudahkan pelepasan gas melalui kawasan yang mempunyai potensi graviti yang lebih lemah. Gabungan daya haba dan pasang surut ini menjadikan kebocoran atmosfera sangat cekap.
Pemerhatian terdahulu telah mendedahkan bahawa atmosfera WASP-121 b langsung tidak tenang. Petunjuk telah dikesan tentang stratosfera, awan kalsium titanat, logam yang terwap dan juga proses yang boleh menyebabkan "hujan" bahan-bahan eksotik. Kini, dengan ekor helium yang jelas kelihatan, disahkan bahawa planet ini kehilangan sebahagian besar daripada sampul gasnya ke angkasa lepas.
Keputusan menunjukkan bahawa kebocoran berterusan berterusan dari semasa ke semasabukan sahaja pada selang masa tertentu. Ini menunjukkan bahawa, pada skala berjuta-juta atau berbilion tahun, planet seperti WASP-121 b boleh berubah secara radikal, mengurangkan saiz ketaranya dan berubah menjadi objek yang berbeza sifatnya daripada gergasi gas yang kita perhatikan hari ini.
Pengajaran tentang evolusi eksoplanet
Kes WASP-121 b telah menjadi makmal semula jadi untuk mengkaji bagaimana planet gergasi berkembang dalam keadaan yang melampau. Kehilangan atmosfera yang berterusan menimbulkan kemungkinan bahawa, dari semasa ke semasa, beberapa Musytari yang sangat panas akhirnya akan menjadi dunia yang lebih kecil, serupa dengan Neptun atau bahkan... teras batu kosong.
Proses jenis ini boleh membantu menjelaskan corak statistik tertentu yang diperhatikan oleh ahli astronomi dalam populasi eksoplanet. Salah satu contoh yang paling banyak dibincangkan ialah apa yang dipanggil "Gurun Neptunus panas", suatu kawasan dalam gambar rajah jisim dan jejari di mana planet bersaiz sederhana jarang ditemui sangat dekat dengan bintangnya.
Satu hipotesis ialah kebanyakan dunia perantaraan ini telah kehilangan sebahagian besar atmosferanya disebabkan oleh ekzos hidrodinamik yang kuatIa diubah menjadi jasad yang lebih kecil dan lebih padat, sukar dikesan atau dikelaskan semula ke dalam kategori lain. Data daripada WASP-121 b menyediakan maklumat penting untuk memperhalusi model evolusi planet ini.
Pemerhatian baharu ini juga menekankan bahawa pelepasan atmosfera bukanlah aliran searah yang mudah. Daripada "jet" gas yang bergerak menjauhi garis lurus, kita dapati a struktur tiga dimensi yang rumitdi mana geometri orbit, putaran planet, kecondongan sistem dan aktiviti bintang bergabung untuk membentuk ekornya.
Ini memaksa ahli teori untuk memikirkan semula alat simulasi mereka. Model dua dimensi atau terlalu ringkas tidak dapat menghasilkan semula konfigurasi dwi yang diperhatikan dalam WASP-121 b. Mulai sekarang, model yang lebih canggih diperlukan. simulasi 3D yang lebih canggih, mampu menangkap dinamik angin najam, interaksi graviti dan tindak balas atmosfera planet secara keseluruhan.
Peranan kerjasama James Webb dan Eropah
Kemajuan yang dicapai dengan WASP-121 b juga merupakan demonstrasi potensi Teleskop Angkasa James Webb untuk kajian atmosfera eksoplanet. Dilancarkan pada tahun 2021 dan dikendalikan oleh NASA, ESA dan Agensi Angkasa Lepas Kanada, Webb telah menjadi alat penanda aras untuk memerhati objek yang sangat jauh dan fenomena halus seperti ekor helium ini dalam inframerah.
Dalam kes ini, penggunaan alat seperti NIRISS dan spektrograf inframerah lain Ini telah membolehkan saintis menguraikan cahaya dari sistem dan mengasingkan tanda helium yang terlepas. Kestabilan dan kepekaan teleskop yang tinggi adalah penting untuk mengekalkan pemerhatian berterusan selama berpuluh-puluh jam, sesuatu yang sangat sukar dicapai dari Bumi.
Penyelidikan ini merupakan sebahagian daripada usaha antarabangsa yang diselaraskan, dengan penyertaan yang ketara daripada pusat-pusat Eropah. Pasukan yang dikaitkan dengan ESA sudah mempunyai institut penyelidikan di beberapa negara Eropah Mereka telah bekerjasama dalam reka bentuk kempen pemerhatian, pemprosesan data dan pembangunan model teori.
Kebanyakan hasil kajian ini telah diterbitkan dalam jurnal saintifik berimpak tinggi, seperti Alam KomunikasiLaporan tersebut memperincikan kedua-dua pemerhatian dan implikasinya terhadap fizik eksoplanet. Komuniti berharap kempen masa depan dengan teleskop Webb dan teleskop pelengkap lain akan membolehkan mereka terus memantau evolusi WASP-121ba dalam beberapa tahun akan datang.
Di luar kes khusus ini, kejayaan pemerhatian memacu program baharu yang bertujuan untuk Musytari ultra panas yang lain, dengan tujuan untuk mengesahkan sama ada ekor berganda merupakan sesuatu yang jarang berlaku dalam sistem ini atau fenomena yang agak biasa di kalangan gergasi yang sangat dekat dengan bintang mereka.
Pengaruh Sepanyol terhadap kajian WASP-121 b
Dalam rangka kerja antarabangsa ini, komuniti saintifik Sepanyol juga telah meninggalkan kesannya. Ahli astronomi dan astrofizik dari pusat dan universiti Sepanyol Mereka telah mengambil bahagian dalam analisis data spektrum James Webb dan dalam pembinaan model yang menggambarkan aliran gas dan kehilangan helium dalam WASP-121 b.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, Sepanyol telah mendapat tempat dalam bidang Penyelidikan angkasa lepas EropahHasil kerjasama dengan ESA, NASA dan agensi lain, penglibatan dalam projek canggih seperti Teleskop Angkasa Webb, misi pemerhatian eksoplanet dan kemudahan berasaskan darat yang besar sedang menyatukan rangkaian kumpulan yang mengkhusus dalam atmosfera planet dan fizik eksoplanet.
Kerja jenis ini bukan sahaja meningkatkan kedudukan negara dalam konsortium antarabangsa, tetapi juga mempunyai kesan langsung terhadap latihan generasi penyelidik baharuPeluang untuk bekerja dengan data daripada Teleskop Angkasa James Webb dan menerbitkan artikel dalam jurnal terkemuka menarik bakat muda ke kerjaya saintifik yang berkaitan dengan astronomi dan teknologi angkasa lepas.
Menjelang masa hadapan, dijangkakan pasukan Sepanyol akan terus mengambil bahagian dalam kempen pemerhatian eksoplanet ekstremIni telah diperhatikan dengan teleskop James Webb dan teleskop yang akan datang, seperti Teleskop Sangat Besar (ELT) ESO. WASP-121 b hanyalah salah satu sistem di mana kehadiran ini telah direkodkan, tetapi semua petunjuk menunjukkan bahawa ia bukanlah yang terakhir.
Secara keseluruhannya, kajian tentang ekor helium dalam WASP-121 b menunjukkan bagaimana gabungan infrastruktur bertaraf dunia, kerjasama antarabangsa dan bakat saintifik Ia membolehkan kita melihat sekilas fenomena yang sehingga baru-baru ini kelihatan tidak dapat dicapai, dan bagaimana Eropah dan Sepanyol memainkan peranan penting dalam peringkat baharu penerokaan eksoplanet ini.
Imej yang muncul daripada WASP-121 b ialah gergasi gas yang tertakluk kepada a hukuman berterusan oleh bintangnya, dengan atmosfera yang mengembang yang melimpah dan membentuk dua ekor helium kolosal yang memanjang di sepanjang sebahagian besar orbitnya; pemerhatian James Webb, yang disokong oleh pasukan Eropah dan Sepanyol, bukan sahaja membolehkan kita mengikuti secara langsung bagaimana sebuah planet kehilangan sampul gasnyatetapi ia membantu memikirkan semula bagaimana dunia yang mengisi galaksi kita dilahirkan, berubah dan, dalam beberapa kes, hancur.
