Mød WASP-121b, en varm 'tungmetal'-exoplanet

Kunstnerens koncept af WASP-121b, der kredser så tæt på sin stjerne og er så varm, at tungmetalsgasser i dens atmosfære slipper ud i rummet. Billede via Engine House VFX / At-Bristol Science Center / University of Exeter / JPL.

Eksoplaneter - verdener, der kredser rundt om andre stjerner - er blevet opdaget i en lang række forskellige typer og størrelser, fra små stenede verdener til sydende varme gasgiganter, der kredser tæt på deres stjerner. Udtrykket ”sfæremusik” kommer i tankerne, et gammelt filosofisk koncept, der betragtede solens, månens og planets bevægelser som en form for musik. Mens denne sætning har en tendens til at fremkalde tanker om klassiske melodier, synes en eksoplanet især at passe til heavy metal-genren.

Planeten - WASP-121b, en varm Jupiter 900 lysår fra Jorden - kredser så tæt på sin stjerne, at dens øvre atmosfære er en sydende 4.600 grader Fahrenheit (2.500 Celsius). Værtsstjernens tyngdekraft har forvrænget planeten til den aflange form af en amerikansk fodbold. Først opdaget i 2015 er planeten 1, 8 gange massen af ​​Jupiter.

Hubble-rumteleskopet (HST) detekterede gas, der slipper ud fra planeten, jern og magnesiumgas, kaldet ”tungmetaller.” Disse nye peer-reviewede resultater blev offentliggjort den 1. august i The Astronomical Journal .

Beviser antyder, at den lavere atmosfære af WASP-121b er så varm, at jern og magnesium forbliver i en gasformig tilstand. De strømmer til den øvre atmosfære, hvor de kan flygte ud i rummet på belægningerne af brint og heliumgas. Dette er første gang, at sådanne gasser er observeret, der slipper ud for en varm Jupiter-exoplanet. Som David Sing sagde en forsker ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland:

Tungmetaller er blevet set i andre varme Jupiters før, men kun i den nedre atmosfære. Så du ved ikke, om de slipper ud eller ej. Med WASP-121b ser vi magnesium og jerngas så langt væk fra planeten, at de ikke er bundet af gravitationen. Tungmetallerne slipper ud delvis fordi planeten er så stor og opblåst, at dens tyngdekraft er relativt svag. Dette er en planet, der aktivt fratages sin atmosfære.

Computersimuleret udsigt over WASP-121b ved hjælp af billeder fra NASAs Spitzer-rumteleskop. Billede via NASA / JPL-Caltech / Aix-Marseille University (AMU) / Wikipedia.

Hvordan forekommer denne proces? Først er selve stjernen varmere end solen, og ultraviolet lys fra stjernen opvarmer planetens øvre atmosfære. Den udstrømmende jern- og magnesiumgas kan også hjælpe med at varme atmosfæren endnu mere, ifølge Sing:

Disse metaller vil gøre atmosfæren mere uigennemsigtig i ultraviolet, hvilket kan bidrage til opvarmningen af ​​den øvre atmosfære.

Ikke kun er planetens atmosfære hårdt påvirket, men det er også planeten. Det nærmer sig faktisk det punkt, hvor det kunne rives fra hinanden af ​​stjernens tyngdekraft. Lige nu er det dog strækket til en fodboldlignende form. WASP-121b tilbyder en sjælden observationsmulighed for forskere, som Sing bemærkede:

Vi valgte denne planet, fordi den er så ekstrem. Vi troede, at vi havde en chance for at se tungere elementer undslippe. Det er så varmt og så gunstigt at observere, det er det bedste skud til at finde tilstedeværelsen af ​​tungmetaller. Vi var hovedsageligt på udkig efter magnesium, men der har været antydninger til jern i atmosfæren fra andre exoplaneter. Det var dog en overraskelse at se det så tydeligt i dataene og i så store højder så langt væk fra planeten.

Ifølge Drake Deming, en astronom ved University of Maryland:

Denne planet er en prototype til ultra-hot Jupiters. Disse planeter bestråles så stærkt af deres værtsstjerner, de er næsten som stjerner selv. Planeten fordampes af sin værtstjerne til det punkt, at vi kan se metalatomer undslippe den øvre atmosfære, hvor de kan interagere med planetens magnetfelt. Dette giver en mulighed for at observere og forstå nogle meget interessante fysik.

Hot Jupiters, der er tæt på deres værtstjerne, er meget sjældne. De, der er så varme, er endnu sjældnere. Selvom de er sjældne, skiller de sig virkelig ud, når du har fundet dem. Vi ser frem til at lære endnu mere om denne underlige planet.

Disse observationer af WASP-121b er en del af Panchromatic Comparative Exoplanetary Treasury Program (PanCET) -undersøgelsen. Det er den første storskala ultraviolette, synlige og infrarøde sammenlignende undersøgelse af 20 forskellige eksoplaneter, der strækker sig i størrelse fra superjord (flere gange Jordens masse) til Jupiters (over 100 gange Jordens masse).

WASP-121b er en type exoplanet kaldet en varm Jupiter, ligesom HD 209458b (kunstnerens koncept). Billede via NASA / ESA / G. Bacon (STScI) / N. Madhusudhan (UC).

Ved at studere WASP-121b og andre varme Jupiters kan forskere lære mere om, hvordan planeter mister deres oprindelige atmosfære. Atmosfærerne fra stadig dannende planeter har en tendens til at bestå af de lettere gasser brint og helium. Men disse atmosfærer kan fjernes, når en planet bevæger sig tættere på sin stjerne. Som Sing forklarede:

De varme jupiter er for det meste lavet af brint, og Hubble er meget følsom over for brint, så vi ved, at disse planeter kan miste gassen relativt let. Men i tilfælde af WASP-121b strømmer brint og heliumgas ud, næsten som en flod, og trækker disse metaller med sig. Det er en meget effektiv mekanisme til massetab.

WASP-121b er også et ideelt mål for fremtidige observationer fra det kommende James Webb-rumteleskop, der vil være i stand til at undersøge atmosfæren for vand og kuldioxid og hjælpe med at give en mere komplet analyse af alle de kemiske elementer i atmosfæren. Disse data vil hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan verdener som varme Jupiters dannes, såvel som planetariske systemer generelt.

Kunstnerens koncept af WASP-121b, som astronomer beskriver som en tungmetalleksoplanet. Planeten er så varm, at gasser af magnesium og jern - kaldet "tungmetaller", fordi disse elementers atomvægte er større end brint eller helium - undslipper dens atmosfære. I mellemtiden trækker værtsstjernens tyngdekraft på planeten og dens atmosfære og strækker den til en fodboldform. Billede via NASA / ESA / J. Olmsted (STScI) / Hubblesite.

Nederste linje: WASP-121b er en slags varm Jupiter-exoplanet, der sjældent ses, en verden, der er så varm og så tæt på sin stjerne, at tungmetallgasser fjernes fra dens atmosfære, og planeten selv strækkes ud i form af en fodbold.

Kilde: Hubble-rumteleskopet PanCET-program: Exospheric Mg II og Fe II i det næsten ultraviolette transmissionsspektrum i WASP-121b ved hjælp af Jitter Decorrelation

Via Hubblesite

Via University of Maryland