WASP-76b je ultra horký Jupiter vzdálený od Země asi 640 světelných let v souhvězdí Ryb. Před několika lety se proslavilo tím, že je tak horké, že železo padá jako déšť. Je slapově uzamčena ke své hvězdě a polokoule planety obrácená k hvězdě může dosáhnout teplot až 2400 Celsia, což je výrazně nad bodem tání železa 1538 C.
Vědci studují planetu od jejího objevu v roce 2013 a nové důkazy naznačují, že je ještě teplejší, než se myslelo. Ale téměř zklamáním, možná nakonec nebude žádný železný déšť.
Zjištění, že WASP-76b může být ještě žhavější, než se myslelo, je založeno na mnohaletých pozorováních exoplanety. Nový článek založený na některých z těchto pozorování je publikován v The Astrophysical Journal Letters. Její název je „ Detekce ionizovaného vápníku v atmosféře ultra horkého Jupiteru WASP-76b .“ Emily Deibertová, doktorandka University of Toronto, je první autorkou článku.
Studium exoplanet je na zajímavém místě. Astronomové vyvíjejí nové způsoby, jak najít více exoplanet a začít studovat jejich atmosféry. Nový výzkum je založen na projektu s názvem ExoGemS — Exoplanets with Gemini Spectroscopy. Používá teleskop Gemini North na Mauna Kea a A spektrograf s vysokým rozlišením prozkoumat rozmanitost atmosfér exoplanet. Průzkum ExoGemS je určen ke studiu nejméně 30 exoplanet zajímavých pro astronomy, přičemž WASP-76b slouží jako měřítko pro průzkum.
„Během dálkového průzkumu desítek exoplanet, pokrývajících řadu hmotností a teplot,“ řekl spoluautor Ray Jayawardhana, „vytvoříme úplnější obraz skutečné rozmanitosti cizích světů – od těch dostatečně horkých, aby ukrývaly železo. déšť ostatním s mírnějším podnebím, od těch mohutnějších než Jupiter až po ty, které nejsou o moc větší než Země.“
Ilustrace horkého Jupiteru obíhajícího blízko své hvězdy. Obrazový kredit: ESA/ATG medialab, CC BY-SA 3.0 IGO
„Je pozoruhodné, že s dnešními dalekohledy a přístroji se již můžeme dozvědět tolik o atmosférách – jejich složkách, fyzikálních vlastnostech, přítomnosti mraků a dokonce i velkých vzorech větru – planet, které obíhají kolem hvězd stovky světelných let daleko. “ řekl Jayawardhana v a tisková zpráva .
WASP-76b získal určitou pozornost kvůli předchozí studii, která zjistila, že může pršet železo. Denní teplota je dostatečně vysoká na to, aby se železo odpařilo, zatímco noční teplota je dostatečně nízká na to, aby železo zkondenzovalo do deště. Myšlenka byla, že někde poblíž terminátor na slapové planetě by železo kondenzovalo do kapaliny a padalo na povrch.
Možná to není pravda, ale k tomu se dostaneme. Tento nový výzkum ukazuje, že WASP-76b může být ve skutečnosti teplejší, než se myslelo. Vyplývá to z objevu vzácného tria spektroskopických čar ionizovaného vápníku v atmosféře.
Exoplaneta má složitou atmosféru a astronomové ji studují ze vzdálenosti stovek světelných let, takže žádné závěry pravděpodobně nejsou konečné. Autoři ve své práci říkají, že WASP-76b má pravděpodobně unikající atmosféru a že hydrodynamika atmosféry ovlivňuje čáry ionizovaného vápníku ve spektrometrii. 'Vyšší teplota by pak vedla ke zvýšené produkci ionizovaného vápníku a tím k silným absorpčním vlastnostem,' píší.
„Vidíme tolik vápníku; je to opravdu silná vlastnost,“ řekla první autorka Emily Deibertová, doktorandka University of Toronto, jejímž poradcem je Jayawardhana. 'Tento spektrální podpis ionizovaného vápníku by mohl naznačovat, že exoplaneta má velmi silné větry v horní atmosféře,' řekl Deibert. 'Nebo je teplota atmosféry na exoplanetě mnohem vyšší, než jsme si mysleli.'
Na tomto obrázku ze studie je oslnivé množství detailů, ale poklesy představují tři spektroskopické čáry ionizovaného vápníku. Obrazový kredit: Deibert et al 2021.
Železo, které přitahuje tolik pozornosti, může být částečně zodpovědné za extrémní horko v jedné z jeho forem. Jiná forma železa spolu s Mg by také mohla ztížit ochlazení atmosféry. „Identifikované mechanismy vedoucí ke zvýšení teploty v atmosférách ultra horkých Jupiterů jsou fotoionizace kovů a NLTE< nelokální termodynamická rovnováha > efekty ve formě přemnožení druhů odpovědných za vytápění (např. Fe ii) spolu s nedostatečnou populací druhů odpovědných za chlazení (např. Fe i a Mg).“
WASP-76b je pravděpodobně jedinou planetou v systému a má asi 92 % hmotnosti Jupiteru. Má oběžnou dobu méně než dva dny. Jeho časté tranzity z něj dělají dobrý cíl pro studium. Autoři tohoto výzkumu hodlají exoplanetu studovat rozsáhleji. 'V nadcházejícím článku budeme analyzovat celý spektrální rozsah pokrytý těmito pozorováními a hledat absorpci díky sadě atomových, iontových a molekulárních druhů modelovaných ve vysokém rozlišení...' píší.
A co Železný déšť?
Široce se uvádí, že WASP-76b prší roztavené železo. Ale podle samostatné studie tomu tak být nemusí.
V dokumentu s názvem „ Není potřeba žádný deštník: Konfrontace hypotézy železného deště na WASP-76b s post-processingem
modely obecného oběhu “, tým výzkumníků tvrdí, že železný déšť je nepravděpodobný a že pozorování může vysvětlit něco jiného.
Tento tým s prvním autorem Arjunem Savelem poukazuje na to, že WASP-76b je poprvé, kdy byl v atmosféře exoplanet postulován jakýkoli druh železného deště. „Výše zmíněná interpretace gradientu chemie železa by byla první svého druhu mezi atmosférami exoplanet,“ píší. Podle nich existuje jiné vysvětlení a může být pravděpodobnější.
Říká se, že údaje o železném dešti lze vysvětlit teplotou. 'Nicméně nezbytnost chemického gradientu k vysvětlení existujících pozorování byla zpochybněna dopřednými modely Wardeniera et al. (2021), kteří samostatně počítají transmisní spektra z 3-D modelu této planety a zjišťují, že buď kondenzace železa, nebo výrazná teplotní asymetrie by mohla odpovídat Ehrenreichovi et al. (2020) údaje.“
Teplotní asymetrie, kterou zmiňují, je mezi předním a zadním okrajem atmosféry. Stávající data bohužel nedokážou rozlišit mezi skutečným železným deštěm a teplotní asymetrií. S daty je další problém. Ukazuje se, že hvězda WASP-76 může mít hvězdného společníka vzdáleného asi 85 AU. Světlo z této hvězdy mohlo být přítomno v některé z původní Hubbleovy spektroskopie WASP-76b a znečišťovat data.
Ilustrace tohoto umělce ukazuje planetu dostatečně zahřátou na roztavení kovů. Obrazový kredit: NASA, ESA a G. Bacon (STSci)
Poukazují také na to, že ultra horké atmosféry Jupiteru nejsou příznivé pro oblaka Fe. 'Kromě toho, Fe oblaka nejsou nutně upřednostňována v horkých atmosférách Jupiteru; Mikrofyzikální modely naznačují, že rychlost nukleace Fe je nízká, což způsobuje, že oblaka Fe jsou sekvestrována hluboko v atmosféře.
Další dokument z roku 2021 s názvem „ Rozložení signálu vzájemné korelace železa ultra-horkého Jupiteru WASP-76b při přenosu pomocí 3D radiačního přenosu Monte-Carlo ,“ namítá také proti závěru železného deště. V tomto článku autoři píší: „Také jsme ukázali, že dříve publikovaný železný signál WASP-76b může být reprodukován modelem s kondenzací železa na přední končetině. Alternativně lze signál vysvětlit značnou teplotní asymetrií mezi zadní a přední větví, kde není striktně vyžadována kondenzace železa, aby odpovídala údajům.
Abychom byli spravedliví k výzkumníkům, kteří původně navrhli přítomnost železný déšť na WASP-76b , řekli pouze, že je to možné kvůli datům, které měli. Titulky naznačovaly, že jde o hotovou věc, ale tak titulky fungují. David Ehrenreich, profesor na katedře astronomie na Přírodovědecké fakultě na univerzitě v Ženevě ve Švýcarsku, byl hlavním autorem tohoto článku.
Ve svém článku uvedli, že jejich výsledky lze vysvětlit dvěma způsoby a pouze jeden z nich zahrnuje železný déšť. Výsledky „... lze vysvětlit kombinací rotace planet a větru vanoucího z horké denní strany“ na jedné straně. Na druhou stranu „... z noční strany blízko ranního terminátoru nevychází žádný signál, což ukazuje, že atomové železo tam neabsorbuje světlo hvězd.“ Ale jak jsme viděli, nedostatek signálu železa může být způsoben teplotní asymetrií.
Takže zatím si nikdo není jistý, že existuje planeta tak horká, že z ní prší železo. Ale určitě by to bylo zajímavé. S jistotou by nám to měly pomoci zjistit výkonnější přístroje, jako je připravovaný vesmírný teleskop Jamese Webba.
Více:
- Tisková zpráva: Spektrum odhaluje, že extrémní exoplaneta je ještě exotičtější
- Výzkumný papír: Detekce ionizovaného vápníku v atmosféře ultra horkého Jupiteru WASP-76b
- Výzkumný papír: Není potřeba žádný deštník: Konfrontace hypotézy o železném dešti na WASP-76b s post-zpracovanými modely obecné cirkulace
