Forró Jupiter

Amit a csillagászok megtanulhatnak a forró jupiterektől, a Galaxis perzselő óriásbolygóitól Tudomány

1995-ben, több éves erőfeszítés után, a csillagászok bejelentést tettek: Megtalálták az első bolygót, amely napszerű csillag körül kering a Naprendszerünkön kívül. De az a bolygó, az 51 Pegasi b, meglehetősen váratlan helyen volt - úgy tűnt, hogy csaknem 4,8 millió mérföldre van az otthoni csillagtól, és alig több mint négy Föld-nap alatt képes a csillag körül széthúzódni. Legbelső bolygónk, a Merkúr ehhez képest 28,6 millió mérföldre van a naptól, és annak 88 naponta kering.

Sőt, 51 Pegasi b volt nagy - a Jupiter tömegének fele, amely hasonlóan a Szaturnusz gázóriás társához, messze kering a Naprendszerünkben. A bolygó felfedezéséért tett erőfeszítéseikért Michel Mayor és Didier Queloz megkapta a 2019-es fizikai Nobel-díjat James Peebles kozmológus mellett. A Nobel-bizottság idézte hozzájárulásukat az univerzum evolúciójának és a Föld kozmoszban elfoglalt helyének megértéséhez.



A forró Jupiter kifejezés szóhasználatba került az 51 Pegasi b-hez hasonló bolygók leírására, mivel az 1990-es években egyre többet fedeztek fel. Most, több mint két évtizeddel később, összesen több mint 4000 exobolygót ismerünk, még sokan jönnek, a bolygót kereső teleszkópok rengetegéből az űrben és a földön: a már nem működő Kepler; és aktuálisak, mint például a TESS, a Gaia, a WASP, a KELT és még sok más. Csak néhány közül több mint 400 felel meg a forró Jupiter durva meghatározásának - egy olyan bolygó, amelynek keringése 10 nap vagy annál kevesebb, tömege pedig legalább 25 százalék, mint saját Jupiterünké. Míg ezek a közeli, tetemes világok az eddig észlelt exobolygók körülbelül 10 százalékát képviselik, úgy gondolják, hogy az összes bolygónak csak 1 százalékát teszik ki.



Mégis, a forró Jupiterek sokat elárulnak arról, hogyan alakulnak ki a bolygórendszerek - és milyen körülmények okoznak szélsőséges eredményeket. Egy 2018-as cikkben a A csillagászat és asztrofizika éves áttekintése , Rebekah Dawson, a Pennsylvania Állami Egyetem és John Asher Johnson, a Harvard Egyetem csillagászai a forró Jupitereket vizsgálták meg, és miként alakulhattak ki - és mit jelent ez a galaxis többi bolygója számára. Ismeretes Magazin Dawsonnal beszélt a bolygóvadászat múltjáról, jelenéről és jövőjéről, valamint arról, hogy ezek a rejtélyes forró Jupiterek miért maradnak fontosak. Ezt a beszélgetést hossza és érthetősége érdekében szerkesztették.

Rebekah Dawson

Rebekah Dawson csillagász, Pennsylvania Állami Egyetem.(James Provost (CC BY-ND))



Mi az a forró Jupiter?

A forró Jupiter egy olyan bolygó, amely körül van a Jupiter tömegével és méretével. De ahelyett, hogy messze lenne a naptól, mint a saját Jupiterünk, nagyon közel van a csillagához. A pontos meghatározások eltérnek, de a Éves áttekintés cikk szerint Jupiter csillagától körülbelül 0,1 csillagászati ​​egységen belül található. A csillagászati ​​egység a Föld és a Nap közötti távolság, tehát körülbelül 10-szer közelebb van a csillagához - vagy kevesebb -, mint a Föld a Naphoz.

Mit tesz ilyen bolygókkal, ha ilyen közel van a csillagához?



Ez egy érdekes és vitatott kérdés. Sok ilyen forró Jupiter sokkal nagyobb, mint a mi saját Jupiterünk, ami gyakran a csillag melegítésének és a gázrétegeik tágulásának tulajdonítható.

Hatással lehet arra, amit a légkörben is látunk. Ezek a bolygók rendesen zárva vannak, így ugyanaz az oldal mindig a csillag felé néz, és attól függően, hogy a hő mekkora mértékben oszlik el, a nappali oldal sokkal melegebb lehet, mint az éjszaka.

Egyes forró Jupiterek bizonyítják, hogy hidrogéngáz távozik a légkörükből, és vannak, akik különösen forró-forró Jupiterek termikus inverziót mutatnak a légkörükben - ahol a hőmérséklet a magassággal növekszik. Ilyen magas hőmérsékleten olyan molekulák lehetnek jelen a légkörben, mint a vízgőz és a titán-oxid, valamint olyan fémek, mint a nátrium és a kálium a gázfázisban.

Előnézet indexképe a következőhöz:

Az elveszett bolygók: Peter van de Kamp és az eltűnő exobolygók a Barnard-csillag körül (The MIT Press)

2009 és 2018 között a NASA Kepler űrtávcsöve több ezer bolygót fedezett fel. De az exobolygók ― a Naprendszeren kívüli bolygók ― még a teleszkópokban megjelentek a tudományos-fantasztikus irodalomban. A csillagászok a huszadik század első évtizedeiben teljes karriert töltöttek más csillagrendszerek bolygóinak felkutatásával. Ban ben Az elveszett bolygók , John Wenz beszámol Peter van de Kamp úttörő csillagászról, aki az elsők között állította exobolygók felfedezését.

megvesz

Mi magyarázhatja, hogy egy bolygó hogyan kerül ilyen közel a csillagához?

A modelleknek három kategóriája van, amelyeket az emberek kitaláltak. Az egyik az, hogy talán ezek a bolygók kezdetben a csillagaik közelében alakulnak ki. Eredetileg az emberek mintegy elvetették ezt. De a közelmúltban a csillagászok egy kicsit komolyabban veszik ezt az elméletet, mivel több tanulmány és szimuláció megmutatta azokat a feltételeket, amelyek mellett ez megtörténhet.

Egy másik magyarázat az, hogy abban a szakaszban, amikor a bolygórendszer gáz- és porkorongból formálódott, a Jupitert közelebb húzták csillagához.

Az utolsó magyarázat az, hogy a Jupiter indulhatott messze a csillagtól, majd egy nagyon elliptikus pályára kerülhetett - valószínűleg a gravitációs interakciók révén a rendszer más testeivel - úgy, hogy nagyon közel ment a befogadó csillaghoz. Olyan közel került, hogy a csillag erős árapályt tud kelteni a Jupiteren, akárcsak a hold a Földön. Ez zsugorodhat és körkörössé teheti pályáját úgy, hogy a csillag közelében, a megfigyelt helyzetben legyen.

Forró Jupiter-elméletek

A tudósok három módot javasolnak a forró Jupiterek kialakulására. Az egyikben a gázóriások a helyükön alakulnak ki. A másik kettőben az óriások távolabbi pályákon erednek, de az események fokozatosan közelebb vonják őket.(Tudható Magazin)

Vannak olyan dolgok, amelyeket a bolygórendszerekben látunk, amelyekben forró Jupiterek vannak, amelyek más rendszerekben nincsenek?

Van néhány tendencia. Az egyik az, hogy a legtöbb forró Jupiter nem rendelkezik más kis bolygókkal a közelben, ellentétben az általunk látott más típusú bolygórendszerekkel. Ha egy kis forró bolygót látunk, vagy ha egy gázóriást látunk, amely kissé távolabb van a csillagától, akkor gyakran más bolygók vannak a közelben. A forró Jupiterek különlegesek abban, hogy ilyen magányosak.

A magányosság kapcsolódik ahhoz, hogy a Jupiterek milyen forróan alakultak olyan közel csillagaikhoz. Abban a forgatókönyvben, amikor a bolygó egy elliptikus pályára kerül, amely zsugorodik és körkörösvé válik, ez valószínűleg minden kis bolygót eltüntethet. Ennek ellenére van néhány olyan rendszer, ahol egy forró Jupiternek van egy kis bolygója a közelben. Ezekkel ez nem jó magyarázat.

A forró Jupiterrel rendelkező bolygórendszerek gyakran más óriásbolygókkal rendelkeznek a rendszerben, messzebb - azon túl, ahol általában a Föld van. Talán, ha a forró Jupiterek rendkívül excentrikus pályákról származnak, akkor ezek a távoli bolygók felelősek azért, hogy kezdetben izgalmasak legyenek különcségeikért. Vagy létezhettek olyan felelős bolygók, amelyek a folyamat során kilökődtek a rendszerből, így nem feltétlenül kell még mindig látnunk őket a rendszerben.

Egy másik nagy tendencia, hogy a forró Jupiterek általában a fémekben gazdagabb csillagok körül vannak. A csillagászok a fémeket bármely olyan elemnek nevezik, amely nehezebb, mint a hidrogén vagy a hélium. Több vas és más elem van a csillagban, és úgy gondoljuk, hogy ez befolyásolhatja azt a gáz- és porkorongot, amelyből a bolygók kialakultak. További szilárd anyagok állnak rendelkezésre, és ez megkönnyítheti az óriási bolygók kialakulását azáltal, hogy anyagot biztosít magjaik számára, amelyek aztán gázt gyűjtenének és gázóriásokká válnának.

Ha több fém van a rendszerben, több óriásbolygó létrehozását teheti lehetővé. Ez olyan gravitációs interakciót okozhat, amely a forró Jupitert nagy excentrikus pályára állítja.

Az olyan forró Jupiterek, mint az 51 Pegasi b voltak, az első olyan típusú bolygók, amelyeket a napszerű csillagok körül fedeztek fel. Mi vezetett a felfedezésükhöz?

Azután következett be, hogy a csillagászok a sugársebesség módszerének nevezett technikát kezdték használni az extranoláris bolygók keresésére. Arra számítottak, hogy megtalálják a saját Jupiterünk analógjait, mert az ilyen óriásbolygók adják a legnagyobb jelet. Nagyon boldog meglepetés volt megtalálni a még nagyobb jelet adó forró Jupitereket rövidebb időintervallumon. Meglepő, de véletlenszerű felfedezés volt.

Meg tudja magyarázni a sugársebesség módszerét?

Észleli a befogadó csillag mozgását a bolygó miatt. Gyakran gondolunk arra, hogy a csillagok nyugodtan ülnek, és körülötte egy bolygó kering. De a csillag valójában saját kis pályáját teszi meg a két tárgy közötti tömegközép körül, és ezt a radiális sebesség módszer érzékeli. Pontosabban, észleli a csillag fényének doppler-eltolódását, amikor pályáján halad, és felénk vagy tőlünk távolodik.

A bolygók megtalálásának egyik másik módja az átmeneti módszer, amely egy csillag fényének tompulását keresi az előtte haladó bolygó miatt. Így könnyebb megtalálni a forró Jupitereket, mint a kisebb bolygókat, mert nagyobb mértékben elzárják a csillag fényét. És ha közel vannak a csillaghoz, akkor egy adott időszakban gyakrabban szállnak át, így nagyobb valószínűséggel észleljük őket.

Az 1990-es években a felfedezett exobolygók közül sokan forró Jupiterek voltak. Azóta több és különféle bolygót találtunk - a forró Jupiterek viszonylag ritkák a Neptunusz méretű világokhoz és a Szuper-Földekhez képest. Miért fontos még mindig megtalálni és tanulmányozni őket?

Az egyik nagy motiváció az a tény, hogy ott vannak, és hogy a bolygórendszerek kialakulásának és fejlődésének elméleteink alapján nem jósolták őket, ezért ezekből az elméletekből hiányoznia kell néhány főbb darabnak.

Ezek a hiányzó összetevők valószínűleg sok bolygórendszert érintenek, még akkor is, ha az eredmény nem forró Jupiter - szerintünk a forró Jupiter valószínűleg extrém eredmény. Ha nincs olyan elméletünk, amely egyáltalán képes forró Jupitereket készíteni, akkor valószínűleg ezeket a fontos folyamatokat kihagyjuk.

Hasznos dolog a forró Jupitereknél, hogy sokkal könnyebben észlelhetők és jellemezhetők a tranzitok és a radiális sebesség segítségével, és a különböző hullámhosszúságú tranzitokat megvizsgálhatjuk, hogy megpróbáljuk tanulmányozni a légkört. Ezek valóban hasznos ablakok a bolygó jellemzéséhez.

A forró Jupiterek továbbra is mindig azok a bolygók lesznek, amelyeket a legrészletesebben megvizsgálhatunk. Tehát annak ellenére, hogy az emberek már nem feltétlenül lelkesednek egy új forró Jupiter felfedezéséért, a minta növelésével további részleteket gyűjthetünk pályájukról, összetételükről, méretükről vagy arról, hogy hogyan néz ki bolygórendszerük többi része, hogy megpróbáljuk kipróbálni eredetük elméletei. Viszont olyan folyamatokra tanítanak minket, amelyek mindenféle bolygórendszert érintenek.

Milyen kérdésekre leszünk képesek megválaszolni a forró Jupitereket, amikor feljönnek a következő generációs obszervatóriumok, például a James Webb Űrtávcső és a nagyobb földi teleszkópok?

James Webbnél remény az, hogy a forró Jupiterek rengeteg légköri tulajdonságát tudjuk jellemezni, és ezek segíthetnek abban, hogy teszteljük, hol alakultak ki, és milyenek voltak kialakulási körülményeik. És megértésem szerint James Webb szuper gyorsan tanulmányozhatja a forró Jupitereket, így valóban nagy mintát kaphat belőlük, és statisztikailag tesztelheti ezeket a kérdéseket.

A Gaia küldetés valóban hasznos lesz bolygórendszereik külső részének jellemzéséhez, és különösen segíthet abban, hogy felmérjük, hogy a hatalmas és távoli bolygók ugyanazon a síkon vannak-e, mint egy átmenő forró Jupiter; a különböző elméletek eltérően jósolják, hogy ennek így kell-e lennie. Gaia nagyon különleges abban, hogy háromdimenziós információkat tud adni nekünk, amikor általában csak kétdimenziós nézetünk van a bolygórendszerről.

A TESS [a tranzit Exoplanet Survey Satellite űrtávcső] jelenleg zajlik - és felfedezései valóban fényes csillagok körül vannak, így lehetővé válik a teljes Jupiterrel rendelkező rendszer tanulmányozása a sugársebesség módszerével az általános architektúra jobb jellemzésére. a bolygórendszer. A messzebbiek ismerete segít kipróbálni a forró Jupiter eredettel kapcsolatos ötleteket.

A TESS és más felmérésekben is több fiatal csillag szerepel a mintában. Láthatjuk, hogy a forró Jupiterek előfordulási aránya és tulajdonságai közelebb vannak-e, amikor kialakultak. Ez is segít megkülönböztetni a különböző kialakulási forgatókönyveket.

Idegen világok számunkra, de mit mondhat nekünk a forró Jupiter a saját naprendszerünk eredetéről? Manapság sok misszió a Föld méretű bolygókra koncentrál.

Amit mindannyian még mindig küzdünk, hogy láthassuk: hol illeszkedik a Naprendszerünk egy nagyobb képbe arról, hogy a bolygórendszerek hogyan alakulnak és fejlődnek, és mi hozza létre a bolygórendszerek sokféleségét, amelyet látunk? Nagyon komplett tervezetet szeretnénk felépíteni, amely mindent meg tud magyarázni a naprendszerünktől kezdve a forró Jupiter-rendszeren át a rendszerig, amely jellemzőbb arra, amit a [nyugdíjas űrtávcső] Kepler talált, amelyek egy csomó szuperföldek.

mutass nekem egy sólyom képet

Még mindig nincs nagyszerű magyarázatunk arra, hogy miért nincs napenergia-rendszerünk forró Jupiterrel, és más naprendszerekkel nem. Szeretnénk néhány tág elméletet, amely megmagyarázhatja az összes megfigyelt bolygórendszert. A bolygóképző modellekben hiányzó folyamatok vagy fizika azonosításával, amelyek lehetővé teszik számunkra a forró Jupiterek elszámolását, ezt a nagyobb képet fejlesztjük.

Van még valami gondolata?

Az egyik dolgot hozzátehetem, hogy amikor az összes bizonyítékot összegyűjtöttük felülvizsgálatunkhoz, azt tapasztaltuk, hogy egyik elmélet sem képes mindent megmagyarázni. És ez arra ösztönöz bennünket, hogy higgyük el, hogy valószínűleg többféle módon lehet forró Jupitert készíteni - ezért annál fontosabb, hogy tanulmányozzuk őket.

Megtudható Ismeretes Magazin az Independent újságírói törekvése.


^