Naukowcy mierzą atmosferę planety odległej o 340 lat świetlnych z niespotykaną dotąd dokładnością

• Międzynarodowy zespół złożony z naukowców z Uniwersytetu Warwick po raz pierwszy mierzy jednocześnie obfitość dwutlenku węgla i H2O w gorącej atmosferze Jowisza.
• Zmierzone z niespotykaną dotąd dokładnością dla teleskopu naziemnego, podobnego do teleskopów kosmicznych
• Torując drogę do wykorzystania teleskopów naziemnych w wysiłkach wykrywania odcisków palców życia na egzoplanetach

Pierwsze bezpośrednie pomiary ilości zarówno wody, jak i tlenku węgla w atmosferze planety w innym układzie słonecznym zostały wykonane około 340 lat świetlnych od nas przez międzynarodowy zespół naukowców, w tym astronomów z Uniwersytetu Warwick, przy użyciu Ziemi Gemini. Teleskop obserwacyjny w Chile.

Zespół kierowany przez Arizona State University opublikował swoje odkrycia w czasopiśmie Nature. Naukowcy z University of Warwick przeprowadzili niezależną analizę danych i modelowanie/interpretację w celu zweryfikowania wyniku ze względu na bezprecedensową dokładność wymaganą do wyciągnięcia wniosków.

Istnieją tysiące znanych planet poza naszym Układem Słonecznym (zwanych egzoplanetami). Naukowcy wykorzystują zarówno teleskopy kosmiczne, jak i naziemne, aby zbadać, jak formują się te egzoplanety i czym różnią się od planet w naszym Układzie Słonecznym.

W badaniu skupiono się na WASP-77Ab, rodzaju egzoplanety zwanej „gorącym Jowiszem”, ponieważ jest ona podobna do Jowisza w naszym Układzie Słonecznym, ale ma temperaturę ponad 1500 stopni Celsjusza.

Następnie skupili się na pomiarze składu jego atmosfery, aby zidentyfikować obecne pierwiastki i porównać je z gwiazdą, wokół której krąży.

Chociaż nie możemy jeszcze wysyłać statków kosmicznych na planety poza Układem Słonecznym, naukowcy mogą badać światło z egzoplanet za pomocą teleskopów. Teleskopy, których używają do obserwacji tego światła, mogą znajdować się w kosmosie, na przykład Kosmiczny teleskop Hubble (HST) lub z Ziemi, np. teleskopy Gemini Observatory.

Zespół był intensywnie zaangażowany w pomiary formacji atmosferycznych egzoplanet za pomocą HST, ale uzyskanie tych pomiarów stanowiło wyzwanie. Nie tylko istnieje ostra konkurencja o czas teleskopu, instrumenty HST mierzą tylko wodę (lub tlen), a zespół musi również zbierać pomiary tlenku węgla (lub węgla).

To tutaj zespół przekształcił się Południowy Teleskop Gemini.

Gemini South to 8,1-metrowy teleskop znajdujący się na górze w chilijskich Andach zwanej Cerro Passion, gdzie bardzo suche powietrze i znikome zachmurzenie sprawiają, że jest to doskonałe miejsce dla teleskopu. Jest obsługiwany przez NOIRLab (National Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory) Narodowej Fundacji Nauki.

Używając Południowego Teleskopu Gemini wraz z instrumentem zwanym Immersion Grating Infrared Spectrometer (IGRINS), zespół zaobserwował poświatę termiczną egzoplanety podczas jej orbitowania wokół swojej gwiazdy macierzystej. Z tego urządzenia zebrali informacje o obecności i względnych ilościach różnych gazów w atmosferze.

Korzystając z jednoznacznych pomiarów zarówno wody, jak i tlenku węgla w atmosferze WASP-77Ab, zespół był następnie w stanie wyodrębnić względne ilości tlenu i węgla w atmosferze egzoplanety.

Współautor, dr Matteo Bruggi z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warwick, który doprowadził do walidacji wyników, powiedział: „Chociaż były to obserwacje z Ziemi, uzyskaliśmy poziom dokładności naszych pomiarów, który naszym zdaniem nie był możliwy aż do nadchodzącego Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba, co oznacza, że ​​mamy teraz komplementarną metodę badania egzoplanet o podobnym poziomie szczegółowości.

„Jeśli możemy to zrobić za pomocą dzisiejszej technologii, zastanówmy się, co będziemy w stanie zrobić z powstającymi teleskopami, takimi jak Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego. Istnieje realna możliwość, że będziemy mogli użyć tej samej metody do końca tej dekady, aby zbadać potencjalne oznaki życia, które również zawierają węgiel i tlen, na skalistych planetach podobnych do Ziemi poza naszym Układem Słonecznym”.

Współautorka, profesor Vivien Parmentier z Uniwersytetu Oksfordzkiego, powiedziała: „Zaskakujące wydaje mi się to, że nasz pomiar ilości węgla na planecie oddalonej o ponad 300 lat świetlnych jest prawie tak dokładny, jak pomiary, które otrzymujemy dla stosunkowo sąsiednie planety Układu Słonecznego.Jowisz jest bliżej nas o około 6. Miliony razy więcej niż WASP-77Ab, więc jeśli kupującym jest dom twojego sąsiada, zaledwie kilka metrów od ciebie, WASP-77Ab będzie domem w Sydney , Australia!”

Wprowadzenie dużych ilości ultradrobnych gazów do atmosfery egzoplanet jest nie tylko ważnym osiągnięciem technicznym, zwłaszcza w przypadku naziemnego teleskopu, ale może również pomóc naukowcom w poszukiwaniu życia na innych planetach.

„Ta praca stanowi demonstrację, jak ostatecznie zmierzyć gazy biosygnaturowe, takie jak tlen i metan, w potencjalnie nadających się do zamieszkania światach w niezbyt odległej przyszłości” – mówi główny autor Michael Line z Arizona State University.

Line i jego zespół oczekują w następnej kolejności powtórzenia tej analizy dla kilku planet i stworzenia „próbki” pomiarów atmosferycznych na co najmniej 15 innych planetach.

„Jesteśmy teraz w punkcie, w którym możemy uzyskać frakcje obfitości gazu podobne do tych na planetach w naszym Układzie Słonecznym. Pomiar obfitości węgla i tlenu (i innych pierwiastków) w atmosferach większej próbki egzoplanet zapewnia bardzo potrzebne kontekst dla zrozumienia pochodzenia i ewolucji naszych gazowych gigantów, takich jak Jowisz i Saturn.

Oprócz Line, zespół badawczy obejmuje Josepha Zaleskiego, Evgenia Shkolnik, Jennifer Patchens i Petera Smitha z Arizona State University School of Earth and Space Exploration; Matteo Bruggi i Siddharth Gandhi z Uniwersytetu Warwick (Wielka Brytania); Jacob Bean i Megan Mansfield z Uniwersytetu w Chicago; Vivien Parmentier i Just Wardner z Uniwersytetu Oksfordzkiego (Wielka Brytania); Gregory Mays z University of Texas w Austin. Eliza Kempton z Uniwersytetu Maryland; Jonathan Fortney z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz; Emily Rausher z Uniwersytetu Michigan; oraz Jean-Michel Desierto z Uniwersytetu w Amsterdamie.

• Badania te otrzymały dofinansowanie od Rady ds. Obiektów Naukowo-Technologicznych (STFC), która jest częścią brytyjskich badań i innowacji