Ovo je novi članak s NASA-inog sajta Svemirskog teleskopa James Webb, još jedan koji govori o istraživanju egzoplanetâ. Ovaj put je riječ o jednom od čuvenih planeta u sustavu TRAPPIST-1.
Možda se na ovom mjestu uskoro pojavi i posebno pojašnjenje toga pojma fazne krivulje koji se spominje u tekstu, a kojega on ima u ovom kontekstu... (Vidi https://www.facebook.com/.../4910.../posts/6080593488697106/ !)
Prva slika je, naravno, samo ilustracija. Baš kao što su to i preostale dvije.
|
Priredio i prilagodio: |
Webb mjeri temperaturu na jednom stjenovitom planetu
Jedan međunarodni istraživački tim se poslužio NASA-inim Svemirskim teleskopom James Webb kako bi izmjerio temperaturu na stjenovitom egzoplanetu TRAPPIST-1 b. Mjerenje se temeljilo na termičkoj emisiji planeta: toplinskoj energiji odaslanoj u svemir u obliku infracrvenog svjetla kojega je registrirao Webbov MIRI. Mjerenje je pokazalo da dnevna strana toga planeta ima temperaturu od oko 500 kelvina (oko 230°C), a ono sugerira i to da tamo ne postoji nikakva značajnija atmosfera.
Ovo je prva detekcija bilo koje vrste svjetla emitiranog s nekog planeta malog i hladnog poput stjenovitih planeta u Sunčevom sustavu. Taj rezultat predstavlja i važan iskorak u potrazi za odgovorom na pitanje mogli li planeti u orbitama oko malih, aktivnih zvijezda poput TRAPPIST-a-1 zadržati atmosferu potrebnu za održavanje života. On usto pokazuje da bi se MIRI mogao pokazati doraslim zahtjevnoj zadaći karakterizacije umjereno toplih egzoplaneta veličine Zemlje.
"Ovo je istraživanje zbilja dobro iskoristilo Webbovu sposobnost da opservira u srednjim infracrvenim valnih duljinama", kaže Thomas Greene, astrofizičar iz NASA-inog Istraživačkog centra Ames, glavni autor znanstvenog rada koji je objavljen danas (27. ožujka 2023.) u časopisu Priroda. "Nijedan raniji teleskop nije imao osjetljivost potrebnu da se izmjeri tako slabašno infracrveno svjetlo u tome pojasu."
Stjenoviti planeti u orbitama oko ultrahladnih crvenih patuljaka
Početkom 2017. g, astronomi su izvijestili o otkriću sedam stjenovitih planeta u orbitama oko jedne ultrahladne patuljaste zvijezde (patuljka razreda M), udaljene od nas 40 svjetlosnih godina. Ono što je izuzetno u vezi tih planeta jest njihova sličnost s unutarnjim, stjenovitim planetima Sunčevog sustava, kako u pogledu veličine, tako i u smislu mase. Premda oni orbitiraju na puno manjim udaljenostima od svoje zvijezde od onih na kojima naši planeti kruže oko Sunca - svi bi oni lako stali unutar Merkurove orbite - ti planeti primaju sličnu količinu energije sa svoje sićušne zvijezde.
TRAPPIST-1 b, njegovu suncu najbliži planet, ima polumjer orbite od samo jednog stotog dijela udaljenosti od Zemlje do Sunca (oko 1,5 milijun kilometara), te prima oko četiri puta više energije od količine koju od Sunca dobiva Zemlja. Premda se ne nalazi unutar nastanjivog pojasa toga sustava, promatranja toga planeta mogu pružiti važne informacije o ostalim planetima oko TRAPPIST-a-1, kao i o onima koji kruže oko drugih patuljastih zvijezda razreda M.
"Takvih zvijezda u Mliječnom Putu ima deset puta više negoli zvijezda kakvo je Sunce, a vjerojatnost da bi one mogle imati stjenovite planete je dvaput veća od one koja vrijede za Suncu slične zvijezde", tumači Greene. "Ali one su isto tako i vrlo aktivne! Dok su mlade su vrlo sjajne i učestalo proizvode baklje i rendgenske zrake koje mogu pomesti atmosferu (na nekom od potencijalnih planeta)."
Elsa Ducrot, koautorica spomenutog znanstvenog rada koji opisuje ovo istraživanje, iz CEA (Commissariat a l'énergie atomique et aux énergies alternatives) u Francuskoj, dodaje: "Lakše je odrediti svojstva terestričkih planeta oko manjih, hladnijih zvijezda. Ako želimo razumjeti koliko su planeti oko zvijezda razreda M nastanjivi, onda je sustav TRAPPIST-a-1 izvrstan laboratorij za to. Nema boljeg mjesta za potragu za atmosferama na stjenovitim planetima."
(Ne)uočavanje atmosfere
Ranija promatranja TRAPPIST-a-1 b svemirskim teleskopima Hubble i Spitzer nisu pronašla nikakve znake prisutnosti napuhunute atmosfere na tome planetu, ali ona nisu isključila mogućnost postojanja gustog zračnog omotača.
Jedan od načina za sužavanje mogućnosti jest mjerenje temperature na planetu. "Taj je planet zabravljen plimnim silama, što znači da je uvijek istom stranom okrenut svojoj zvijezdi, dok mu je ona druga u vječnom mraku", kaže Pierre-Olivier Lagage, još jedan od znanstvenika iz CEA koji je sudjelovao u izradi spomenutog rada. "Ako bi on imao atmosferu koja bi kružila i distribuirala toplinu, dnevna strana bi bila hladnije negoli da na planetu bez atmosfere."
Istraživački tim se poslužio tehnikom zvanom fotometrija sekundarne pomrčine: MIRI je mjerio promjenu sjaja sustava do koje je došlo kada je planet bio pokriven svojom zvijezdom. (Sekundarna pomrčina je pojava do koje dolazi kada se zvijezda ispriječi između nas i njenog planeta. To je, zapravo, okultacija planeta njegovim suncem. Prim. prev.) Premda TRAPPIST-1 b nije dovoljno vruć da bi proizvodio vlastito vidljivo svjetlo, on posjeduje infracrveni sjaj. Oduzevši sjaj same zvijezde (izmjeren za trajanja sekundarne pomrčine) od sjaja kojega su zvijezda i planet imali zajedno, znanstvenici su bili u stanju izračunati koliko infracrvenog svjetla stiže sa samog planeta.
Mjerenje sićušnih promjena sjaja
To što je Webb uočio jednu sekundarnu pomrčinu je već samo po sebi veliki iskorak. Kako je ta zvijezda više od tisuću puta sjajnija od svog planeta, promjena u sjaju je manja od 0,1 posto.
"Postojao je i strah da ćemo propustiti pomrčinu. Planeti povlače jedan drugoga, pa im orbite nisu savršene", kaže Taylor Bell, istraživač iz Instituta BAER (Bay Area Environmental Research Institute), koji je analizirao Webbove podatke. "Ali sve je ispalo savršeno! Pomrčina se dogodila točno onda kada je bila i predviđena, s pogreškom od samo par minuta."
Istraživački tim je analizirao podatke dobivene u promatranjima pet odvojenih sekundarnih pomrčina. "Usporedili smo te rezultate s računalnim modelima koji su pokazivali kolika bi temperatura trebala biti za različite scenarije", tumači Ducrot. "Rezultati su bili zamalo savršeno u skladu s (fizikalnim) crnim tijelom sazdanim od gole stijene i lišenim atmosfere koja bi prenosila toplinu. Isto tako nismo uočili nikakvih znakova upijanja svjetla ugljikovim dioksidom, što bi se inače pojavilo u tim mjerenjima."
Ovo je istraživanje provedeno kao dio jednog od osam programa zacrtanih za prvu godinu Webbovih znanstvenih opservacija, koji su zamišljeni tako da pomognu u potpunosti karakterizirati sustav TRAPPIST-a-1. Trenutno se provode dodatna promatranja sekundarnih pomrčina TRAPPIST-a-1 b. Sada kada istraživači znaju koliko dobri mogu biti ti podaci, oni se nadaju načiniti i cijelu faznu krivulju, koja će pokazati kako se sjaj mijenja tijekom cijele orbite planeta. To će im omogućiti da vide kako se točno temperatura mijenja od noćne na dnevnu stranu TRAPPIST-a-1 b, te da se definitivno provjeri ima li taj planet atmosferu.
"Maštao sam o tome da mi dopadne za proučavanje jedna osobita meta", kaže Lagage, koji je više od dva desetljeća radio na razvoju MIRI-ja. "A to je ova! Po prvi put možemo detektirati emisiju iz jednog stjenovitog planeta umjerene temperaturu. Ovo je vrlo važan korak u priči o otkrivanju egzoplaneta."
Graf
Svjetlosna krivulja prikazuje promjene sjaja sustava TRAPPIST-a-1 u vrijeme dok se toj zvijezdi najbliži planet, TRAPPIST-1 b, gibao iza nje. Graf udružuje podatke dobivene u pet odvojenih promatranja načinjenih kroz MIRI-jev filter centriran na valnu duljinu od oko 15 mikrona (15 tisuća nanometara). Taj filter propušta svjetlost u rasponu od 13,5 do 16,6 mikrona, koju onda hvataju MIRI-jevi detektori. Plavi kvadratići su pojedinačne izmjere sjaja. Crveni kružići su te iste izmjere uprosječene ("binned"), kako bi bilo lakše vidjeti promjenu tijekom vremena. Pad sjaja za trajanja sekundarne pomrčine je bio manji od 0,1 posto, ali MIRI je bio u stanju uočiti i promjene ne veće od 0,027 posto).
Promatranja su ponovljena i kroz filter za 12,8 mikrona, kako bi rezultati bili potvrđeni i kako bi se utočnilo njihovo tumačenje.
Ilustracija
Usporedba dnevne temperature TRAPPIST-a-1 b izmjerene MIRI-jem i računalnih modela koji pokazuju kolika bi ta temperatura trebala biti pod različitim uvjetima. Ti modeli uzimaju u obzir poznata svojstva sustava, uključujući temperaturu zvijezde i orbitalnu udaljenost planeta. Usporedbe radi, prikazana je i temperatura dnevne strane Merkura.
Sjaj dnevne strane TRAPPIST-a-1 b u valnoj duljini od 15 mikrona odgovara temperaturi od oko 500 K (oko 230°C). To je u skladu s temperaturom koju bi imao planet uvijek istom stranom okrenut svome suncu, tamne površine, bez atmosfere i bez mogućnosti prijenosa toplina s dnevne na noćnu stranu.
Ako bi toplinska energija pristigla sa zvijezde bila ravnomjerno distribuirana po cijelom planetu (primjerice cirkulacijom atmosfere u kojoj nema ugljikovog dioksida), temperatura na 15 mikrona bi bila 400 K (oko 130°C). Ako bi atmosfera sadržavala značajnu količinu ugljikovog dioksida, planet bi odašiljao još manje svjetla od 15 mikrona i izgledao bi još hladniji.
Premda je TRAPPIST-1 b prema Zemljinim mjerilima prilično vruć, on je hladniji od dnevne strane Merkura, koja je sazdana od gole stijene i nad kojom nema atmosfere. Merkur prima oko 1,6 puta više energije od Sunca no što je TRAPPIST-1 b dobiva od svoje zvijezde.
ILLUSTRATION: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI); SCIENCE: Thomas P. Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA)
https://webbtelescope.org/.../news.../2023/news-2023-110
, 
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
