NASA’nın Webb’i 280 ışıkyılı uzaklıktaki gezegendeki hava durumunu haritalandırıyor

Uluslararası bir araştırma ekibi, sıcak gaz devi ötegezegen WASP-43 b’deki hava durumunu haritalandırmak için NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu başarıyla kullandı.

Geniş bir orta-kızılötesi ışık spektrumu üzerinden yapılan hassas parlaklık ölçümleri, 3 boyutlu iklim modelleri ve diğer teleskoplardan alınan önceki gözlemlerle birleştiğinde, gece tarafını kaplayan kalın, yüksek bulutların, gündüz tarafında açık gökyüzünün ve 5.000 milden fazla ekvator rüzgarlarının varlığına işaret ediyor saatte gezegenin etrafındaki atmosferik gazların karışması.

Araştırma, Webb’in sıcaklık değişimlerini ölçme ve trilyonlarca mil uzaktaki atmosferik gazları tespit etme konusundaki olağanüstü yeteneği sayesinde artık mümkün olan ötegezegen biliminin en son gösterimidir.

Gelgit Kilitli “Sıcak Jüpiter”

WASP-43 b “sıcak Jüpiter” tipi bir dış gezegendir: boyut olarak Jüpiter’e benzer, esas olarak hidrojen ve helyumdan yapılmıştır ve kendi güneş sistemimizdeki dev gezegenlerin herhangi birinden çok daha sıcaktır. Yıldızı Güneş’ten daha küçük ve daha soğuk olmasına rağmen WASP-43 b, yalnızca 1,3 milyon mil (Merkür ile Güneş arasındaki mesafenin 1/25’inden daha az) bir mesafede yörüngede dönüyor.

Bu kadar dar bir yörüngeye sahip olan gezegen, bir tarafı sürekli aydınlatılan, diğer tarafı ise sürekli karanlık olan gelgit açısından kilitlenmiştir. Gece tarafı yıldızdan hiçbir zaman doğrudan ışınım almasa da, doğuya doğru kuvvetli rüzgarlar ısıyı gündüz tarafından etrafa taşır.

WASP-43 b, 2011 yılındaki keşfinden bu yana NASA’nın Hubble ve artık kullanımdan kaldırılan Spitzer uzay teleskopları da dahil olmak üzere çok sayıda teleskopla gözlemlendi.

Körfez Bölgesi Çevre Araştırma Enstitüsü’nden araştırmacı ve yayınlanan bir çalışmanın baş yazarı Taylor Bell, “Hubble ile gündüz tarafında su buharı olduğunu açıkça görebildik. Hem Hubble hem de Spitzer gece tarafında bulutların olabileceğini öne sürdü” dedi. Bugün Doğa Astronomisi’nde. “Fakat gezegenin her yerinde sıcaklık, bulut örtüsü, rüzgarlar ve daha detaylı atmosferik kompozisyonun haritasını çıkarmaya başlamak için Webb’in daha hassas ölçümlerine ihtiyacımız vardı.”

Sıcaklık Haritalama ve Hava Durumu Çıkarımı

WASP-43 b bir teleskopun doğrudan göremeyeceği kadar küçük, sönük ve yıldızına yakın olmasına rağmen, sadece 19,5 saatlik kısa yörünge periyodu onu, yıldızın parlaklığındaki küçük değişiklikleri ölçmeyi içeren bir teknik olan faz eğrisi spektroskopisi için ideal kılmaktadır. Gezegen yıldızın etrafında dönerken yıldız-gezegen sistemi.

Bir nesnenin yaydığı orta-kızılötesi ışığın miktarı büyük ölçüde ne kadar sıcak olduğuna bağlı olduğundan, Webb tarafından yakalanan parlaklık verileri daha sonra gezegenin sıcaklığını hesaplamak için kullanılabilir.

Ekip, WASP-43 sisteminden gelen ışığı 24 saatten fazla bir süre boyunca her 10 saniyede bir ölçmek için Webb’in MIRI’sini (Orta Kızılötesi Enstrüman) kullandı. Bell, “Yörüngenin tamamını gözlemleyerek, gezegenin farklı taraflarının görüş alanına dönerken sıcaklığını hesaplayabildik” diye açıkladı. “Bundan yola çıkarak gezegen genelinde kaba bir sıcaklık haritası oluşturabiliriz.”

Ölçümler, gün tarafının ortalama sıcaklığının yaklaşık 2.300 Fahrenheit (1.250 santigrat derece) olduğunu, yani demir dövmeye yetecek kadar sıcak olduğunu gösteriyor. Bu arada, gece tarafı 1.100 Fahrenheit (600 santigrat derece) ile önemli ölçüde daha soğuktur. Veriler aynı zamanda gezegendeki en sıcak noktanın (“sıcak nokta”) belirlenmesine de yardımcı oluyor; bu nokta, yıldızın gezegenin gökyüzündeki en yüksek olduğu, en fazla yıldız radyasyonunu alan noktadan biraz doğuya doğru kaymış durumda. Bu kayma, ısıtılmış havayı doğuya doğru hareket ettiren süpersonik rüzgarlar nedeniyle meydana gelir.

Birleşik Krallık’taki Leicester Üniversitesi’nden ortak yazar Michael Roman, “Sıcaklığı bu şekilde haritalandırabildiğimiz gerçeği, Webb’in duyarlılığının ve istikrarının gerçek bir kanıtıdır” dedi.

Haritayı yorumlamak için ekip, Dünya’daki hava ve iklimi anlamak için kullanılanlara benzer karmaşık 3 boyutlu atmosferik modeller kullandı. Analiz, gece tarafının muhtemelen kızılötesi ışığın bir kısmının uzaya kaçmasını engelleyen kalın, yüksek bir bulut tabakasıyla kaplı olduğunu gösteriyor. Sonuç olarak gece tarafı çok sıcak olmasına rağmen bulutların olmadığı duruma göre daha sönük ve daha soğuk görünüyor.

Eksik Metan ve Şiddetli Rüzgarlar

Webb tarafından yakalanan geniş orta kızılötesi ışık spektrumu, gezegenin etrafındaki su buharı (H2O) ve metan (CH4) miktarının da ölçülmesini mümkün kıldı. Birleşik Krallık’taki Açık Üniversite’den ortak yazar Joanna Barstow, “Webb bize tam olarak hangi molekülleri gördüğümüzü anlama ve bolluklara bazı sınırlamalar getirme fırsatı verdi” dedi.

Spektrumlar, gezegenin hem gece hem de gündüz tarafında su buharının açık işaretlerini gösteriyor ve bulutların ne kadar kalın olduğu ve atmosferde ne kadar yükseğe yayıldıkları hakkında ek bilgi sağlıyor.

Şaşırtıcı bir şekilde veriler aynı zamanda atmosferin herhangi bir yerinde belirgin bir metan eksikliği olduğunu da gösteriyor. Gündüz tarafı metanın var olması için çok sıcak olmasına rağmen (karbonun çoğu karbon monoksit formunda olmalıdır), metanın daha soğuk olan gece tarafında kararlı ve tespit edilebilir olması gerekir.

Barstow, “Metan göremediğimiz gerçeği bize WASP-43b’nin saatte 5.000 mil gibi bir hıza ulaşan rüzgar hızlarına sahip olması gerektiğini söylüyor” diye açıkladı. “Rüzgarlar gazı gündüz tarafından gece tarafına ve tekrar geri yeterince hızlı hareket ettirirse, beklenen kimyasal reaksiyonların gece tarafında tespit edilebilir miktarda metan üretmesi için yeterli zaman olmaz.”

Ekip, rüzgarın yönlendirdiği bu karışım nedeniyle atmosfer kimyasının gezegenin her yerinde aynı olduğunu düşünüyor; bu durum Hubble ve Spitzer ile yapılan geçmiş çalışmalardan açıkça görülmüyordu.

WASP-43 b’nin MIRI gözlemi, araştırmacılara çok çeşitli kozmik olayları incelemek için geniş bir dizi sağlam, açık erişimli veri sağlayan Webb Erken Yayın Bilim programlarının bir parçası olarak gerçekleştirildi.

Bu yazı sciencedaily sitesinde yayınlanmıştır.