Ebedi Gündüz ve Gece: Webb’in Uzak Bir Dünyanın Garip Atmosferini Anlama Yolculuğu
Ebedi Gündüz ve Gece: Webb’in Uzak Bir Dünyanın Garip Atmosferini Anlama Yolculuğu.James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan araştırmacılar, gelgitsel olarak kilitlenmiş yarım kürelerinde sıcaklık değişimlerini ve belirgin bulut örtüsünü ortaya çıkararak, WASP-39 b adlı dış gezegende atmosferik farklılıkları ortaya çıkardılar. Jüpiter’e benzer büyüklükte ancak Satürn’e kütle olarak daha yakın olan gezegen, güçlü atmosferik sirkülasyonlara atfedilen sabah tarafına kıyasla daha sıcak bir akşam tarafı sergiliyor. Kaynak: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Terminatörün yakın kızılötesi spektral analizi sabah ve akşam atmosferindeki farklılıkları doğruluyor.
İlk ötegezegen 1992’de keşfedildiğinden beri, doğrudan görüntüleme, kütleçekimsel mikro mercekleme, geçişleri ölçme ve astrometri gibi çok sayıda farklı yöntemle güneş sistemimizin dışındaki yıldızların yörüngesinde dönen binlerce gezegen doğrulandı. Yıllar geçtikçe, bu ötegezegenleri incelemek için teknikler gelişti ve gökbilimciler bu uzak dünyaların atmosferik bileşimleri hakkında ayrıntılar öğrendi.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu bu çalışma alanını geliştirmeye ve dış gezegenlerin ve atmosferlerinin çeşitliliği hakkındaki anlayışımızı derinleştirmeye devam ediyor.
Son durum ne? Webb, gökbilimcilerin gelgitsel olarak kilitli bir dış gezegende sabah ve akşam arasındaki atmosfer farklarını ayrıştırmasına olanak sağladı. Bu, WASP-39 b gibi Dünya’dan 700 ışık yılı uzaklıktaki uzak bir dünya için inanılmaz bir başarı.
Webb Uzay Teleskobu Uzak Dünyadaki Ebedi Güneş Doğuşlarını ve Gün Batımlarını Araştırıyor
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan araştırmacılar, modellerin daha önce öngördüğü şeyi nihayet doğruladılar: Bir dış gezegenin sonsuz sabahı ile sonsuz akşamı arasında farklar vardır. Jüpiter’den 1,3 kat daha büyük bir çapa sahip , ancak Satürn’e benzer kütleye sahip dev bir gezegen olan WASP-39 b, Dünya’dan yaklaşık 700 ışık yılı uzaklıktaki bir yıldızın yörüngesinde döner ve ana yıldızına gelgitsel olarak kilitlenmiştir. Bu, sabit bir gündüz ve sabit bir gece tarafına sahip olduğu anlamına gelir; gezegenin bir tarafı her zaman yıldızına açıkken, diğer tarafı her zaman karanlıkla örtülüdür.
Webb’in NIRSpec’ini (Yakın Kızılötesi Spektrografı) kullanan gökbilimciler, WASP-39 b’de sonsuz sabah ile sonsuz akşam arasında bir sıcaklık farkı olduğunu doğruladılar; akşam yaklaşık 300 Fahrenheit derece (yaklaşık 200 Santigrat derece) daha sıcak görünüyordu. Ayrıca, gezegenin sonsuz sabah kısmının akşamdan muhtemelen daha bulutlu olmasıyla farklı bulut örtüsüne dair kanıtlar buldular.
Bu animasyon, Webb’in uzak ötegezegenlerin atmosferlerini incelemek için iletim spektroskopisini nasıl kullandığını anlatıyor. Kaynak: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak
Gezegen Dışı Atmosfer Çalışmalarındaki Gelişmeler
Gökbilimciler, gezegenin gündüz ve gece tarafını ayıran sınır olan ötegezegenin sonlandırıcısını inceleyen bir teknik olan WASP-39 b’nin 2 ila 5 mikronluk iletim spektrumunu analiz ettiler. Bir iletim spektrumu, bir gezegenin yıldızın önünden geçerken atmosferinden süzülen yıldız ışığı ile gezegen yıldızın yanındayken tespit edilen süzülmemiş yıldız ışığının karşılaştırılmasıyla oluşturulur. Bu karşılaştırmayı yaparken araştırmacılar gezegenin atmosferinin sıcaklığı, bileşimi ve diğer özellikleri hakkında bilgi edinebilirler.
“WASP-39 b, Webb ile ötegezegenlerin atmosferini incelemede bir tür ölçüt gezegen haline geldi,” dedi Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde ötegezegen araştırmacısı ve çalışmanın baş yazarı Néstor Espinoza. “Şişkin, kabarık bir atmosferi var, bu yüzden gezegenin atmosferinden süzülen yıldız ışığından gelen sinyal oldukça güçlü.”
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun NIRSpec’inden (Yakın Kızılötesi Spektrograf) alınan bir ışık eğrisi, gezegen yıldızın önünden geçerken WASP-39 yıldız sistemindeki parlaklıktaki değişimi zaman içinde gösterir. Bu gözlem, tek bir parlak nesneden (WASP-39 b’nin ana yıldızı gibi) gelen ışığı yaymak ve her bir ışık dalga boyunun parlaklığını belirli zaman aralıklarında ölçmek için bir kafes kullanan NIRSpec’in parlak nesne zaman serisi modu kullanılarak yapılmıştır.
Sıcaklık ve Atmosferik Kompozisyon İçgörüleri
WASP-39b’nin atmosferinin daha önce yayınlanmış olan ve karbondioksit, kükürt dioksit, su buharı ve sodyumun varlığını ortaya koyan Webb spektrumları , tüm gece/gündüz sınırını temsil ediyor; bir taraf ile diğeri arasında ayrıntılı bir ayrım yapma girişimi yoktu.
Şimdi, yeni analiz terminatör bölgesinden iki farklı spektrum oluşturuyor ve esasen gün/gece sınırını iki yarım daireye bölüyor, biri akşamdan, diğeri sabahtan. Veriler akşamın önemli ölçüde daha sıcak olduğunu, kavurucu 1.450 derece Fahrenheit (800 derece Santigrat) ve sabahın nispeten daha soğuk 1.150 derece Fahrenheit (600 derece Santigrat) olduğunu ortaya koyuyor.
Webb’in NIRSpec (Yakın Kızılötesi Spektrografı) PRISM parlak nesne-zaman serisi modu kullanılarak yakalanan bu iletim spektrumu, sıcak gaz devi ötegezegen WASP-39 b’nin atmosferi tarafından engellenen yakın kızılötesi yıldız ışığı miktarını gösteriyor. Spektrum, su ve karbondioksit için açık kanıtlar ve ötegezegende sabah ile akşam arasındaki sıcaklık değişimini gösteriyor. WASP-39 b’nin
iletim spektrumunun yeni analizi, ötegezegendeki sabit gündüz/gece sınırından iki farklı spektrum oluşturuyor ve bu sonlandırıcı bölgeyi esasen biri akşamdan, diğeri sabahtan olmak üzere iki yarım daireye ayırıyor. Veriler, akşamın önemli ölçüde daha sıcak olduğunu, yakıcı 1.450 derece Fahrenheit (800 santigrat derece) olduğunu ve sabahın nispeten daha soğuk 1.150 derece Fahrenheit (600 santigrat derece) olduğunu ortaya koyuyor.
Mavi ve sarı çizgiler, verileri, WASP-39 b’nin ve yıldızının bilinen özelliklerini (örneğin, boyut, kütle, sıcaklık) ve atmosferin varsayılan özelliklerini hesaba katan en uygun modeldir.
Sıcaklık Değişimlerinin Etkileri
“Bu küçük farkı ayrıştırabilmemiz gerçekten şaşırtıcı ve bu yalnızca Webb’in yakın kızılötesi dalga boylarındaki hassasiyeti ve son derece kararlı fotometrik sensörleri sayesinde mümkün,” dedi Espinoza. “Veri toplarken cihazda veya gözlemevinde herhangi bir küçük hareket, bu tespiti yapma yeteneğimizi ciddi şekilde kısıtlardı. Olağanüstü derecede hassas olmalı ve Webb tam da bu.”
Elde edilen verilerin kapsamlı modellemesi araştırmacıların WASP-39 b’nin atmosferinin yapısını, bulut örtüsünü ve akşamın neden daha sıcak olduğunu araştırmasına da olanak tanır. Ekibin gelecekteki çalışmaları bulut örtüsünün sıcaklığı nasıl etkileyebileceğini ve tam tersini incelerken, gökbilimciler gezegenin etrafındaki gaz dolaşımının WASP-39 b’deki sıcaklık farkının ana suçlusu olduğunu doğruladılar.
Gezegensel Rüzgar Desenlerini ve Sıcaklık Dinamiklerini Anlamak
WASP-39 b gibi yıldızına nispeten yakın yörüngede dönen oldukça fazla ışınlanmış bir dış gezegende, araştırmacılar genellikle gazın gezegen yıldızının etrafında dönerken hareket ettiğini beklerler: Gündüz tarafındaki daha sıcak gaz, güçlü bir ekvatoral jet akımı aracılığıyla akşam boyunca gece tarafına hareket etmelidir. Sıcaklık farkı çok uç olduğundan, hava basıncı farkı da önemli olacaktır ve bu da yüksek rüzgar hızlarına neden olacaktır.
Dünya’daki hava modellerini tahmin etmek için kullanılanlara benzer 3 boyutlu modeller olan Genel Dolaşım Modelleri’ni kullanan araştırmacılar, WASP-39 b’de hakim rüzgarların muhtemelen gece tarafından sabah sonlandırıcısı boyunca, gündüz tarafının etrafında, akşam sonlandırıcısı boyunca ve sonra gece tarafının etrafında hareket ettiğini buldular. Sonuç olarak, sonlandırıcının sabah tarafı akşam tarafından daha soğuktur. Başka bir deyişle, sabah tarafı gece tarafında soğumuş hava rüzgarlarıyla çarparken, akşam tarafı gündüz tarafında ısınmış hava rüzgarlarıyla vurulur. Araştırmalar, WASP-39 b’deki rüzgar hızlarının saatte binlerce mile ulaşabileceğini gösteriyor!
Gelecekteki Araştırma Yönleri ve Webb’in Erken Bilim Katkıları
“Bu analiz aynı zamanda özellikle ilginç çünkü gezegen hakkında daha önce elde edemediğiniz 3 boyutlu bilgiler elde ediyorsunuz,” diye ekledi Espinoza. “Çünkü akşam kenarının daha sıcak olduğunu söyleyebiliriz, bu da biraz daha kabarık olduğu anlamına geliyor. Yani teorik olarak, gezegenin gece tarafına yaklaşan terminatörde küçük bir dalga var.”
Ekibin sonuçları Nature dergisinde yayımlandı .
Araştırmacılar bundan sonra Webb Döngüsü 2 Genel Gözlemciler Programı 3969’un bir parçası olarak, aynı analiz yöntemini kullanarak diğer gelgitsel olarak kilitli sıcak Jüpiterlerin atmosferik farklılıklarını incelemeyi hedefleyecekler.
WASP-39 b, Webb’in 2022’de düzenli bilimsel faaliyetlerine başlamasıyla birlikte analiz ettiği ilk hedefler arasındaydı. Bu çalışmadaki veriler, bilim insanlarının teleskopun aletlerini nasıl kullanacaklarını ve tüm bilimsel potansiyellerini nasıl gerçekleştireceklerini hızla öğrenmelerine yardımcı olmak için tasarlanmış Erken Yayın Bilim programı 1366 kapsamında toplandı.
