Astrofysikere opdager, at ultrahotede planeter har stjernelignende atmosfærer

Nylige observationer af NASAs Hubble og Spitzer rumteleskoper af ultrahot Jupiter-lignende planeter har forvirret teoretikere. Spektrene på disse planeter har antydet, at de har eksotiske - og usandsynlige - kompositioner.

Imidlertid, en ny undersøgelse, der netop er udgivet af et forskerhold, der omfatter astrofysikeren Arizona State University, Michael Line, en adjunkt i ASU's School of Earth and Space Exploration, foreslår en forklaring-at disse gasrige planeter har sammensætninger, der stort set er normale, går efter hvad man ved om planetdannelse. Hvad der er anderledes ved dem er, at atmosfærerne på deres dage ser mere ud som atmosfæren på en stjerne end en planet.

"At fortolke spektrene for de hotteste af disse Jupiter-lignende planeter har i årevis udgjort et tornet puslespil for forskere, "Sagde Line.

Det største puslespil er, hvorfor vanddamp ser ud til at mangle i disse verdens atmosfærer, når den er rigelig på lignende, men lidt køligere planeter.

Ifølge den nye undersøgelse, ultrahot Jupiters besidder faktisk ingredienserne til vand (hydrogen og iltatomer). Men på grund af den stærke stråling på planetens dage, temperaturerne der går højt nok til, at vandmolekyler er helt revet fra hinanden.

Med ultrahot Jupiters, der kredser ekstremt tæt på deres stjerner, den ene side af planeten vender konstant mod stjernen, mens natkanten er grebet af uendeligt mørke.

Dagstemperaturer når mellem 3, 600 til 5, 400 grader Fahrenheit (2, 000 til 3, 000 grader Celsius), rangerer ultrahot Jupiters blandt de mest kendte exoplaneter. Og nattemperaturen er omkring 1, 800 grader Fahrenheit køligere.

Star-planet hybrider

Blandt det voksende katalog over planeter uden for vores solsystem - kendt som eksoplaneter - har ultrahot Jupiters skilt sig ud som en særskilt klasse i omkring et årti.

"Dagene i disse verdener er ovne, der mere ligner en stjernestemning end en planetarisk atmosfære, "sagde Vivien Parmentier, en astrofysiker ved Aix Marseille University i Frankrig og hovedforfatter af den nye undersøgelse, der blev offentliggjort i Astronomi og astrofysik . "På denne måde, ultrahot Jupiters strækker ud, hvordan vi synes, planeter skal se ud. "

Mens teleskoper som Spitzer og Hubble kan indsamle nogle oplysninger om ultrahot Jupiters dage, deres nætter er svære for nuværende instrumenter at undersøge.

Det nye papir foreslår en model for, hvad der kan ske på både de oplyste og mørke sider af disse planeter. Modellen er hovedsageligt baseret på observationer og analyser fra tre nyligt offentliggjorte undersøgelser, medforfatter af Parmentier, Linje, og andre, der fokuserer på tre ultrahot Jupiters, WASP-103b, WASP-18b, og HAT-P-7b.

Den nye undersøgelse tyder på, at voldsomme vinde drevet af opvarmning kan blæse de revnede vandmolekyler ind i planternes køligere nathalvkugler. Der kan atomerne rekombineres til molekyler og kondensere til skyer, alt inden de drev tilbage til dagen for at blive revet fra hinanden igen.

Familielighed?

Hot Jupiters var den første meget opdagede form for eksoplanet, startede tilbage i midten af ​​1990'erne. Disse er køligere fætre til ultrahot Jupiters, med dagtemperaturer under 3, 600 grader Fahrenheit (2, 000 Celsius).

Vand har vist sig at være almindeligt i deres atmosfærer, og dermed da ultrahot Jupiters begyndte at blive fundet, astronomer forventede, at de også skulle vise vand i deres atmosfære. Men vand viste sig at mangle på deres let observerede dage, som fik teoretikere til at se på alternativ, selv eksotisk, kompositioner.

En hypotese om, hvorfor vand syntes fraværende i ultrahot Jupiters, har været, at disse planeter må have dannet sig med meget høje niveauer af kulstof i stedet for ilt. Alligevel kunne denne idé ikke forklare sporene af vand, der undertiden blev opdaget ved grænsen mellem dag og nat.

For at bryde logjam, forskergruppen tog et fingerpeg om veletablerede fysiske modeller af stjernestemninger, samt "mislykkede stjerner, "kendt som brune dværge, hvis egenskaber overlapper noget med varme og ultrahot Jupiters.

"Utilfreds med extem -kompositioner, vi tænkte hårdere over problemet, "Så sagde Line." Så indså vi, at mange tidligere fortolkninger manglede nogle vigtige fysikker og kemi, der sker ved disse ultrahot -temperaturer. "

Teamet tilpassede en brun dværgmodel udviklet af Mark Marley, en af ​​papirets medforfattere og en forsker ved NASAs Ames Research Center i Silicon Valley, Californien, til tilfælde af ultrahot Jupiters. At behandle atmosfærerne i ultrahot Jupiters mere som flammende stjerner end konventionelt koldere planeter tilbød en måde at give mening om Spitzer og Hubble observationer.

"Med disse undersøgelser, vi bringer noget af den århundredgamle viden opnået ved at studere stjernernes astrofysik, til det nye felt til undersøgelse af eksoplanetære atmosfærer, "Sagde Parmentier.

"Vores rolle i denne forskning har været at tage de observerede spektre af disse planeter og omhyggeligt modellere deres fysik, "Line sagde." Dette viste os, hvordan vi kan producere de observerede spektre ved hjælp af gasser, der er mere tilbøjelige til at være til stede under de ekstreme forhold. Disse planeter behøver ikke eksotiske kompositioner eller usædvanlige veje for at lave dem. "