James Webb Rumteleskop til at inspicere atmosfærer af gasgigantiske exoplaneter

I april 2018, NASA lancerede Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Dets hovedmål er at lokalisere planeter på størrelse med Jorden og større "superjorde", der kredser om nærliggende stjerner til yderligere undersøgelse. Et af de mest kraftfulde værktøjer, der vil undersøge atmosfæren på nogle planeter, som TESS opdager, vil være NASAs James Webb-rumteleskop. Da det vil være en udfordring for Webb at observere små exoplaneter med tynde atmosfærer som Jorden, astronomer vil lettere målrette, gasgigantiske exoplaneter først.

Nogle af Webbs første observationer af gasgigantiske exoplaneter vil blive udført gennem Director's Discretionary Early Release Science-program. Det transiterende exoplanet-projektteam på Webbs videnskabelige operationscenter planlægger at udføre tre forskellige typer observationer, der vil give både ny videnskabelig viden og en bedre forståelse af ydeevnen af ​​Webbs videnskabelige instrumenter.

"Vi har to hovedmål. Det første er at få transiterende exoplanetdatasæt fra Webb til det astronomiske samfund så hurtigt som muligt. Det andet er at lave noget fantastisk videnskab, så astronomer og offentligheden kan se, hvor kraftfuldt dette observatorium er, "sagde Jacob Bean fra University of Chicago, en co-principal investigator på det transiterende exoplanet-projekt.

"Vores teams mål er at give kritisk viden og indsigt til det astronomiske samfund, som vil hjælpe med at katalysere exoplanetforskning og gøre den bedste brug af Webb i den begrænsede tid, vi har til rådighed, " tilføjede Natalie Batalha fra NASA Ames Research Center, projektets hovedefterforsker.

Transit - Et atmosfærisk spektrum

Når en planet krydser foran, eller transit, dens værtsstjerne, stjernens lys filtreres gennem planetens atmosfære. Molekyler i atmosfæren absorberer visse bølgelængder, eller farver, af lys. Ved at opdele stjernens lys i et regnbuespektrum, astronomer kan opdage de dele af manglende lys og bestemme, hvilke molekyler der er i planetens atmosfære.

Til disse observationer, projektteamet valgte WASP-79b, en planet på størrelse med Jupiter, der ligger omkring 780 lysår fra Jorden. Teamet forventer at opdage og måle mængden af ​​vand, carbonmonoxid, og kuldioxid i WASP-79b. Webb kan også opdage nye molekyler, der endnu ikke er set i exoplanetatmosfærer.

Fasekurve – et vejrkort

Planeter, der kredser meget tæt på deres stjerner, har en tendens til at blive tidevandslåste. Den ene side af planeten vender permanent mod stjernen, mens den anden side vender væk, ligesom den ene side af Månen altid vender ud mod Jorden. Når planeten er foran stjernen, vi ser den køligere bagside. Men mens den kredser om stjernen, mere og mere af den varme dag-side kommer til syne. Ved at observere en hel bane, astronomer kan observere disse variationer (kaldet en fasekurve) og bruge dataene til at kortlægge planetens temperatur, skyer, og kemi som funktion af længdegrad.

Holdet vil observere en fasekurve af den "varme Jupiter" kendt som WASP-43b, som kredser om sin stjerne på mindre end 20 timer. Ved at se på forskellige bølgelængder af lys, de kan prøve atmosfæren i forskellige dybder og få et mere fuldstændigt billede af dens struktur. "Vi har allerede set dramatiske og uventede variationer for denne planet med Hubble og Spitzer. Med Webb vil vi afsløre disse variationer i betydeligt større detaljer for at forstå de fysiske processer, der er ansvarlige, " sagde Bean.

Eclipse - En planets glød

Den største udfordring, når man observerer en exoplanet, er, at stjernens lys er meget kraftigere, oversvømmer planetens svage lys. For at komme uden om dette problem, en metode er at observere en transitplanet, når den forsvinder bag stjernen, ikke når den krydser foran stjernen. Ved at sammenligne de to målinger, en taget, når både stjerne og planet er synlige, og den anden, når kun stjernen er til syne, astronomer kan beregne, hvor meget lys der kommer fra planeten alene.

Denne teknik fungerer bedst for meget varme planeter, der lyser stærkt i infrarødt lys. Holdet planlægger at studere WASP-18b, en planet, der er bagt til en temperatur på næsten 4, 800 grader Fahrenheit (2, 900 K). Blandt andre spørgsmål, de håber at afgøre, om planetens stratosfære eksisterer på grund af tilstedeværelsen af ​​titaniumoxid, vanadiumoxid, eller et andet molekyle.

Beboelige planeter

Ultimativt, astronomer vil bruge Webb til at studere potentielt beboelige planeter. I særdeleshed, Webb vil målrette mod planeter, der kredser om røde dværgstjerner, da disse stjerner er mindre og svagere, gør det nemmere at drille signalet fra en planet i kredsløb. Røde dværge er også de mest almindelige stjerner i vores galakse.

"TESS burde lokalisere mere end et dusin planeter, der kredser i de beboelige zoner af røde dværge, nogle af dem kan faktisk være beboelige. Vi vil vide, om disse planeter har atmosfærer, og Webb vil være den, der fortæller os, "sagde Kevin Stevenson fra Space Telescope Science Institute, en co-principal investigator på projektet. "Resultaterne vil gå langt i retning af at besvare spørgsmålet om livsvigtige forhold er almindelige i vores galakse."