Астрономи надають «довідник» по екзопланетам, відомим як гарячі Юпітери

Гарячі Юпітери – гігантські газові планети, які мчать навколо своїх зірок на надзвичайно вузьких орбітах – стали трохи менш загадковими завдяки новому дослідженню, яке поєднує теоретичне моделювання з спостереженнями космічного телескопа Хаббл.

У той час як попередні дослідження здебільшого зосереджувалися на окремих світах, класифікованих як"гарячі Юпітери" через їхню поверхневу схожість з газовим гігантом у нашій власній Сонячній системі, нове дослідження є першим, що розглядає більш широке населення дивних світів. Опубліковано вАстрономія природи, дослідження, проведене дослідником Університету Арізони, надає астрономам безпрецедентний"польовий посібник" до гарячих Юпітерів і пропонує уявлення про формування планет загалом.

Хоча астрономи вважають, що лише приблизно в 1 з 10 зірок містить екзопланети в класі гарячого Юпітера, особливі планети складають значну частину екзопланет, відкритих на сьогоднішній день, через те, що вони більші та яскравіші за інші типи екзопланет, наприклад як скелясті, більше схожі на Землю планети або менші, більш холодні газові планети. Маючи розміри приблизно від однієї третини розміру Юпітера до 10 мас Юпітера, усі гарячі Юпітери обертаються навколо своєї зірки-господаря на надзвичайно близькій відстані, зазвичай набагато ближче, ніж Меркурій, найглибша планета нашої Сонячної системи, знаходиться до Сонця. A"рік" на типовому гарячому Юпітері триває години або щонайбільше кілька днів. Для порівняння, Меркурію потрібно майже три місяці, щоб здійснити подорож навколо Сонця.

Через близькі орбіти більшість, якщо не всі гарячі Юпітери, як вважають, замкнені в швидкісних обіймах зі своїми зірками-господарями, причому одна сторона вічно піддається радіації зірки', а інша закрита у вічній темряві. Поверхня типового гарячого Юпітера може нагрітися майже до 5000 градусів за Фаренгейтом, якщо"холодніше" зразки, що досягають 1400 градусів - досить гарячі, щоб розплавити алюміній.

У дослідженні, яке очолювала Меган Менсфілд, співробітник NASA Sagan в Обсерваторії Стюарда (GG) Університету Арізони &, були використані спостереження, зроблені за допомогою космічного телескопа Хаббл, що дозволило команді безпосередньо виміряти спектри випромінювання від гарячих Юпітерів, незважаючи на той факт, що Хаббл не може'зобразити жодну з цих планет безпосередньо.

& quot;Ці системи, ці зірки та їхні гарячі Юпітери, занадто далекі, щоб розділити окрему зірку та її планету," — сказав Менсфілд."Все, що ми бачимо, це точку -- комбіноване джерело світла з двох."

Менсфілд та її команда використовували метод, відомий як вторинне затемнення, щоб отримати інформацію зі спостережень, що дозволило їм зазирнути вглиб планет' атмосфер і отримати уявлення про їх структуру та хімічний склад. Техніка передбачає повторні спостереження за однією і тією ж системою, ловлячи планету в різних місцях її орбіти, в тому числі, коли вона занурюється за зірку.

& quot;Ми в основному вимірюємо сукупне світло, що виходить від зірки та її планети, і порівнюємо це вимірювання з тим, що ми бачимо, коли планета прихована за своєю зіркою," — сказав Менсфілд."Це дозволяє нам відняти внесок зірки' і ізолювати світло, що випромінюється планетою, навіть якщо ми не можемо' бачити його безпосередньо."

Дані затемнення дали дослідникам уявлення про теплову структуру атмосфер гарячих Юпітерів і дозволили побудувати індивідуальні профілі температур і тисків для кожного з них. Потім команда проаналізувала світло ближнього інфрачервоного випромінювання, яке представляє собою діапазон довжин хвиль, що виходять за межі діапазону, який люди можуть бачити, що надходить від кожної гарячої системи Юпітера на так звані характеристики поглинання. Оскільки кожна молекула або атом має свій специфічний профіль поглинання, як відбиток пальця, перегляд різних довжин хвиль дозволяє дослідникам отримати інформацію про хімічний склад гарячих Юпітерів. Наприклад, якщо в атмосфері планети' присутня вода, вона поглинає світло розміром 1,4 мікрона, що потрапляє в діапазон довжин хвиль, які Хаббл добре бачить.

& quot;Ми використовуємо молекули для сканування атмосфери на цих гарячих Юпітерах," — сказав Менсфілд."Ми можемо використовувати спектр, який ми спостерігаємо, щоб отримати інформацію про те, з чого складається атмосфера, а також ми можемо отримати інформацію про те, як виглядає структура атмосфери."

Команда пішла ще далі, оцінивши дані спостережень і порівнявши їх з моделями фізичних процесів, які, як вважають, відбуваються в атмосферах гарячих Юпітерів. Обидва набори дуже добре збігалися, підтверджуючи, що багато передбачень про планети' Природа, заснована на теоретичних роботах, видається правильною, за словами Менсфілда, який сказав, що результати&є захоплюючими, тому що вони не були гарантованими."

Результати свідчать про те, що всі гарячі Юпітери, а не лише 19, включені в дослідження, імовірно, містять подібні набори молекул, як-от вода та монооксид вуглецю, а також менші кількості інших молекул. Відмінності між окремими планетами повинні здебільшого складатися з різної відносної кількості цих молекул. Результати також показали, що спостережувані характеристики поглинання води дещо відрізнялися від одного гарячого Юпітера до іншого.

& quot;Узяті разом, наші результати говорять нам, що є хороший шанс, що ми з’ясуємо загальні елементи, які відбуваються в хімії цих планет," — сказав Менсфілд."У той же час кожна планета має свій власний хімічний склад, і це також впливає на те, що ми бачимо в наших спостереженнях."

За словами авторів, результати можна використовувати для визначення того, що астрономи можуть побачити, дивлячись на гарячий Юпітер, який' раніше не вивчався. Запуск флагманського новинного телескопа NASA', космічного телескопа Джеймса Вебба, запланований на 18 грудня, викликає захоплення мисливців за екзопланетами, оскільки Вебб може бачити в набагато ширшому діапазоні інфрачервоного світла і дозволить набагато більше детальний огляд екзопланет, включаючи гарячі Юпітери.

& quot;Ми ще багато чого не знаємо' про те, як утворюються планети взагалі, і один із способів, яким ми намагаємося зрозуміти, як це могло статися, - це дивитися на атмосферу цих гарячих Юпітери і з'ясування, як вони опинилися там, де вони є," — сказав Менсфілд."За допомогою даних Хаббла ми можемо дивитися на тенденції, вивчаючи поглинання води, але коли ми говоримо про склад атмосфери в цілому, є багато інших важливих молекул, які ви хочете подивитися, наприклад чадний газ і вуглекислий газ, а JWST також дасть нам можливість спостерігати за ними."