Exoplaneter sand til størrelse:Nye modelberegninger viser virkningen af stjerners lysstyrke og magnetisk aktivitet
I stjernebilledet Jomfruen, 700 lysår væk fra Jorden, kredser planeten WASP-39b om stjernen WASP-39. Gasgiganten, som tager lidt mere end fire dage at fuldføre en bane, er en af de bedst undersøgte exoplaneter. Kort efter dets idriftsættelse i juli 2022 vendte NASA's James Webb Space Telescope sit højpræcisionsblik mod den fjerne planet.
Dataene afslørede tegn på store mængder vanddamp, metan og endda for første gang kuldioxid i atmosfæren af WASP-39b. En mindre fornemmelse, men der er stadig en flue i salven:Det er endnu ikke lykkedes forskerne at gengive alle de afgørende detaljer i observationerne i modelberegninger. Dette står i vejen for en endnu mere præcis analyse af dataene.
I den nye undersøgelse ledet af MPS viser forfatterne, herunder forskere fra Massachusetts Institute of Technology (USA), Space Telescope Science Institute (USA), Keele University (Storbritannien) og University of Heidelberg (Tyskland), en måde at overvinde denne forhindring på.
"Problemerne, der opstår ved fortolkning af dataene fra WASP-39b, er velkendte fra mange andre exoplaneter - uanset om de observeres med Kepler, TESS, James Webb eller det fremtidige PLATO-rumfartøj," forklarer MPS-forsker Dr. Nadiia Kostogryz, førsteforfatter. af den nye undersøgelse. "Som med andre stjerner, der kredser om af exoplaneter, er den observerede lyskurve for WASP-39 fladere, end tidligere modeller kan forklare."
Forskere definerer en lyskurve som en måling af en stjernes lysstyrke over længere tid. En stjernes lysstyrke svinger konstant, for eksempel fordi dens lysstyrke er underlagt naturlige udsving. Exoplaneter kan også efterlade spor i lyskurven. Hvis en exoplanet passerer foran sin stjerne, set af en observatør, dæmper den stjernelyset.
Dette afspejles i lyskurven som et regelmæssigt tilbagevendende fald i lysstyrken. Præcise evalueringer af sådanne kurver giver information om planetens størrelse og omløbsperiode. Forskere kan også få information om sammensætningen af planetens atmosfære, hvis lyset fra stjernen opdeles i dens forskellige bølgelængder eller farver.
Et nærmere kig på en stjernes lysstyrkefordeling
En stjernes lem, kanten af stjerneskiven, spiller en afgørende rolle i fortolkningen af dens lyskurve. Ligesom i tilfældet med solen, ser lemmet mørkere ud for observatøren end det indre område. Stjernen skinner dog faktisk ikke mindre kraftigt længere ude. "Da stjernen er en kugle, og dens overflade er buet, ser vi ind i højere og derfor køligere lag ved lemmen end i midten," forklarer medforfatter og MPS-direktør prof. Dr. Laurent Gizon. "Dette område ser derfor mørkere ud for os," tilføjer han.
Det er kendt, at lemmers mørklægning påvirker den nøjagtige form af exoplanetsignalet i lyskurven:Nedblændingen bestemmer, hvor stejlt en stjernes lysstyrke falder under en planetarisk transit og stiger derefter igen. Det har dog ikke været muligt at gengive observationsdata nøjagtigt ved hjælp af konventionelle modeller af stjernernes atmosfære. Faldet i lysstyrke var altid mindre brat end modelberegningerne foreslog.
"Det var tydeligt, at vi manglede en afgørende brik i puslespillet for at forstå exoplaneternes signal præcist," siger MPS-direktør Prof. Dr. Sami Solanki, medforfatter af det aktuelle studie.
Magnetisk felt er den manglende brik i puslespillet
Som beregningerne offentliggjort i dag viser, er den manglende brik i puslespillet det stjernemagnetiske felt. Ligesom solen genererer mange stjerner et magnetfelt dybt inde i deres indre gennem enorme strømme af varmt plasma. For første gang var forskerne nu i stand til at inkludere magnetfeltet i deres modeller for mørkning af lemmer.
De kunne vise, at styrken af det magnetiske felt har en vigtig effekt:Lemmernes mørkfarvning er udtalt i stjerner med et svagt magnetfelt, mens det er svagere hos dem med et stærkt magnetfelt.
Forskerne kunne også bevise, at uoverensstemmelsen mellem observationsdata og modelberegninger forsvinder, hvis stjernens magnetfelt indgår i beregningerne. Til dette formål henvendte holdet sig til udvalgte data fra NASAs Kepler-rumteleskop, som fangede lyset fra tusinder og atter tusinder af stjerner fra 2009 til 2018.
I det første trin modellerede forskerne atmosfæren af typiske Kepler-stjerner i nærvær af et magnetfelt. I et andet trin genererede de derefter "kunstige" observationsdata fra disse beregninger. Som en sammenligning med de virkelige data viste, ved at inkludere magnetfeltet, er Kepler-data reproduceret med succes.
Holdet udvidede også sine overvejelser til data fra James Webb Space Telescope. Teleskopet er i stand til at opdele lyset fra fjerne stjerner i dets forskellige bølgelængder og dermed søge efter de karakteristiske tegn på bestemte molekyler i atmosfæren på de opdagede planeter.
Som det viser sig, påvirker moderstjernens magnetfelt, at stjernelemmet bliver mørkere forskelligt ved forskellige bølgelængder – og bør derfor tages i betragtning i fremtidige evalueringer for at opnå endnu mere præcise resultater.
Fra teleskoper til modeller
"I de seneste årtier og år var vejen frem i exoplanetforskningen at forbedre hardwaren, rumteleskoperne designet til at søge efter og karakterisere nye verdener. James Webb Space Telescope har skubbet denne udvikling til nye grænser," siger Dr. Alexander Shapiro, medforfatter af den aktuelle undersøgelse og leder af en forskningsgruppe ved MPS. "Næste skridt er nu at forbedre og forfine modellerne til at fortolke disse fremragende data," tilføjer han.
For at fremme denne udvikling yderligere ønsker forskerne nu at udvide deres analyser til stjerner, der er klart forskellige fra solen. Derudover giver deres resultater mulighed for at bruge lyskurverne fra stjerner med exoplaneter til at udlede styrken af det stjernemagnetiske felt, som ellers ofte er svært at måle.
Forskningen er publiceret i tidsskriftet Nature Astronomy .
Flere oplysninger: Nadiia M. Kostogryz et al., Magnetisk oprindelse af uoverensstemmelsen mellem stjerners lem-formørkende modeller og observationer, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02252-5
Journaloplysninger: Naturastronomi
Leveret af Max Planck Society
Varme artikler
-
Tre ældre søstre af solen med planeterProf. Niedzielskis team har arbejdet med dette emne i årevis. Takket være præcise observationer af himlen, det er lykkedes dem at opdage 26 stjerner, som planeter kredser om. Kredit:Andrzej Romanski/N -
Lucy in the sky:Spacecraft vil besøge optagelse af 8 asteroiderDette billede leveret af Southwest Research Institute afbilder rumfartøjet Lucy, der nærmer sig en asteroide. Det vil være den første rummission at udforske en mangfoldig population af små kroppe kend -
ALMA hører fødselsråb af en massiv babystjerneDen massive protostjerne er omgivet af en skive af gas og støv. Udstrømningen lanceres fra overfladen af den ydre skive. Kredit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) Stjerner dannes af gas og støv, der flyder i -
Lasere til at undersøge oprindelsen af liv på en kold måne og tage rum-tidspulsen af stjernek…Dette er Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS) Laser:THANOS (Throttled Hydrocarbon Analysis by Nanosecond Optical Source) ingeniørmodel. Denne laser er et NASA Goddard Code 554 in-house design, der i øj
- Vores første skridt? Fossil kan øge sagen for den tidligste forfader
- Før Nintendo og Atari:Den sorte ingeniør, der ændrede videospil for altid
- Forskere kæmper for at beskytte DR Congos regnskov, efterhånden som truslerne stiger
- Membranteknologi kan reducere emissioner og energiforbrug i olieraffinering
- Forbrydelse i vinstokkene:Alsace bekæmper druetyveri på hesteryg
- Fiskestang selfie stick og videnskabelig efterforskning viser spor til uddøde havkrybdyr