Воскресенье, 24.11.2024
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Началось строительство крупнейшего в мире радиотелескопа
06.12.2022 22:55 Давность: 2 yrs
Категория: Экзопланеты
Количество просмотров: 3040

JWST наблюдает горячий сатурн WASP-39 b



В атмосфере горячего сатурна WASP-39 b обнаружены водяной пар, углекислый газ, сернистый газ, угарный газ, а также газообразные натрий и калий, но не обнаружено метана и сероводорода. На терминаторе облака покрывают 50-70% поверхности планеты.

Владислава Ананьева

Трансмиссионная спектроскопия (изучение зависимости глубины транзита от длины волны излучения, на которой ведутся наблюдения) позволяет изучать химический состав и физические характеристики атмосфер транзитных экзопланет. Наиболее выразительны трансмиссионные спектры у планет с большой характерной шкалой высот, т.е. у горячих сатурнов. Одним из наилучших примеров подобных планет является горячий сатурн WASP-39 b, который при массе 0.28 ± 0.04 масс Юпитера имеет радиус 1.28 ± 0.05 радиусов Юпитера, эффективную температуру 1166 ± 14 К и характерную шкалу высот около 800 км (для сравнения, характерная шкала высот в атмосфере Земли близка к 8 км). Планета вращается вокруг спокойной солнцеподобной звезды спектрального класса G8 V с периодом 4.055 суток. 

После запуска космического телескопа им. Джеймса Вебба (JWST) WASP-39 b была выбрана в качестве сравнительно легкой цели, наблюдения которой дадут быстрый научный результат. Кроме того, наблюдая одну и ту же планету разными научными инструментами, можно оценить их эффективность и точность и сравнить полученные выводы. 

22 ноября 2022 года в Архиве электронных препринтов было опубликовано сразу 5(!) статей, посвященных наблюдениям WASP-39 b различными инструментами на борту JWST. Совокупный трансмиссионный спектр охватывает диапазон 0.6-5.5 мкм и включает линии натрия и калия, полосы водяного пара, углекислого и угарного газов, сернистого газа, а также признаки наличия высотной дымки. Не обнаружены полосы метана и сероводорода (на уровне давления 1 мбар содержание метана не превышает 55 ppm).

Вверху: трансмиссионный спектр WASP-39 b (показан белыми кружками с серой обводкой) в интервале 0.6-2.8 мкм. Черной линией показана модель, наилучшим образом описывающая наблюдательные данные. Цветными линиями показаны модельные трансмиссионные спектры при различных предположениях о химическом составе атмосферы WASP-39 b (например, если нет водяного пара или газообразного калия, и т.д.) Внизу: показаны полосы поглощения различных газов.
Вверху: трансмиссионный спектр WASP-39 b (показан белыми кружками с серой обводкой) в интервале 2.8-5.5 мкм. Черной линией показана модель, наилучшим образом описывающая наблюдательные данные. Цветными линиями показаны модельные трансмиссионные спектры при различных предположениях о химическом составе атмосферы WASP-39 b (например, если нет дымки, нет водяного пара, и т.д.) Внизу: показаны полосы поглощения отдельных газов и оценки достоверности их обнаружения в единицах стандартного отклонения (сигма).

Сравнение трансмиссионных спектров с различными моделями атмосфер планет-гигантов привели исследователей к выводу, что WASP-39 b в 3-10 раз (по мнению других авторов – в 10-30 раз) обогащена тяжелыми элементами относительно солнечного значения, эта величина близка к аналогичной величине для Сатурна. Теплоперенос на ночную сторону происходит с высокой эффективностью. Отношение содержания углерода и кислорода C/O близко к 0.3 (по другим данным – к 0.2), что существенно меньше, чем на Солнце (0.55). Авторы пришли к выводу, что WASP-39 b образовалась недалеко от снеговой линии воды, но далеко внутри снеговой линии угарного газа и захватила сравнительно мало углерода при своем формировании.

Любопытно наличие в спектре WASP-39 b полосы сернистого газа при отсутствии признаков наличия сероводорода (и это в преимущественно водородной атмосфере!). Авторы нашли, что на высотах, соответствующих давлению 0.01-1 мбар, где и формируется трансмиссионный спектр, происходит фотохимическая диссоциация сероводорода и поэтапное образование молекул SO и SO2 благодаря взаимодействию с молекулами гидроксила OH. Количество сернистого газа в этой области может достигать 10-100 ppm, причем на утреннем терминаторе его содержание выше (50-90 ppm), чем на вечернем терминаторе (15-30 ppm). В более глубоких слоях атмосферы (давление 10 мбар и выше) основным серосодержащим соединением становится сероводород.

Сравнение глубины полос водяного пара в трансмиссионном спектре WASP-39 b с модельными спектрами показало наличие высотной дымки. Наличием дымки объясняют и повышенное поглощение в лучах с длиной волны 2.9-4.0 мкм по сравнению с предсказаниями модели с полностью прозрачной атмосферой. Оптическая глубина дымки оценивается в 2.5·10-3. Дымка не серая (т.е. ее прозрачность зависит от длины волны) и не однородная, однако ее состав пока неизвестен.

Вверху: наблюдаемый трансмиссионный спектр WASP-39 b в интервале 2.3-4.0 мкм (показан черными точками) и наилучшая модель (показана жирной изумрудной линией), включающая в себя 10-кратную обогащенность тяжелыми элементами относительно солнечного значения, C/O = 0.229 и наличие дымки. Другие цветные линии показывают модельные спектры с другими предположениями, в частности, черной пунктирной линией показан модельный трансмиссионный спектр полностью прозрачной атмосферы. Внизу: показана глубина, на которой оптическая толщина атмосферы достигает 1, для разных длин волн и разных атмосферных газов.

Полученные трансмиссионные спектры атмосферы горячего сатурна WASP-39 b демонстрируют огромные возможности научного инструментария космического телескопа им. Джеймса Вебба.

Источники: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2211/2211.10493.pdf
https://arxiv.org/pdf/2211.10490.pdf
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2211/2211.10489.pdf
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2211/2211.10488.pdf
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2211/2211.10487.pdf

<- назад в: Новости

Комментарии

Комментарии

Забыли пароль?

Введите свое имя пользователя или адрес электронной почты. Инструкция по сбросу пароля будет немедленно отправлена по введенному адресу.
Сбросить пароль

Вернуться к форме входа в систему 

Засветка ночного неба (Световое загрязнение)

Явление “засветки” ночного земного неба искусственными источниками освещения все больше мешает проводить астрономические наблюдения. За последние сто лет... [далее]

Сообщество | Форум

Rambler's Top100