Astronomen haben möglicherweise versehentlich das Geheimnis kompliziert, wie seltsam “bratende Marshmallow” -Planets bilden. Unter Verwendung des Gemini South Telescope stellten die Forscher fest, dass sich der “heiße und geschwollene” Ultra-Hot-Jupiter-Planet-Wasp-121b möglicherweise näher an seinem Stern gebildet haben als zuvor angenommen und herausforderte, was wir darüber wissen, wie sich Planeten bilden.
Seit der Entdeckung des ersten Planeten außerhalb des Sonnensystems Mitte der neunziger Jahre ist der Katalog extrasolarer Planeten oder “Exoplaneten” auf über 5.000 Einträge gewachsen. Viele dieser Exoplaneten sind wie nichts in unserem Sonnensystem. Die heißen und ultralotzigen Jupiter sind Hauptbeispiele dafür, da es sich um Gasriesenplaneten handelt, die viel Masse und Größe des Jupiter sind, die ihren Sternen so nah sind, dass sie in wenigen Stunden eine Umlaufbahn absolvieren können.
Bis zu einem Drittel der bisher entdeckten Exoplaneten sind heiße Jupiter. Diese heißen, geschwollenen Welten ertragen extreme Temperaturen und machen sie sehr treffend “Rösten Marshmallows”. Es wird angenommen, dass diese Planeten in Umlaufbahnen, die denen von Jupiter und Saturn in unserem eigenen Sonnensystem ähneln, weiter von ihren Sternen entfernt sind, bevor sie nach innen migrieren. Die neue Studie über WASP-121B führt jedoch diese Ursprungsideen in Zweifel.
Das Team hinter der neuen Forschung kam zu diesem Schluss, als es begann, die Chemie protoplanetärer Scheiben, die abgeflachten Wolken aus Gas und Staub um Kindersterne zu untersuchen, aus denen Planeten das Instrument des Gemini -Südteleskops unter Verwendung des Immersion Gitter -Infrarotspektrographen (IGRINs) entstehen in Chile.
Mit IGRINs konnte das Team das Verhältnis des Rock-zu-Ice-Verhältnisses für einen durchlaufenden Planeten messen, der zum ersten Mal ein einzelnes Instrument verwendet wurde. Ihre Messung beseitigte mögliche Fehler, die für andere Instrumente auftreten könnten, was eine leistungsstarke neue Möglichkeit zur Durchführung der chemischen Analyse von Exoplaneten ergab.
“Bodenbasierte Daten aus Gemini South unter Verwendung von Igrinen haben tatsächlich genauere Messungen der einzelnen chemischen Häufigkeiten vorgenommen, als selbst raumbasierte Teleskope erreicht haben können”, sagte Peter Smith von dem Programm Rasting Marshmallows in einer Erklärung.
“Unsere Instrumentenempfindlichkeit rückt zu dem Punkt vor, an dem wir diese Elemente verwenden können, um verschiedene Regionen, Höhen und Längen zu untersuchen, um Feinheiten wie Windgeschwindigkeiten zu sehen und zu zeigen, wie dynamisch dieser Planet ist.”
Hat Wasp-121b neben seinem Stern gebildet?
Wasp-121B befindet sich etwa 858 Lichtjahre von der Erde und verfügt über die 1,2-fache der Masse des Jupiter, ist jedoch aufgeblasen, wodurch das 1,9-fache der Breite des größten Planeten des Sonnensystems ist. Es ist so nah an seinem Stern, dass es nur 1,3 Tage in der Erde braucht, um eine Umlaufbahn zu absolvieren. Wasp-121b ist ordentlich eingesperrt, was bedeutet, dass der Planet einen sengenden heißen “Dayside” hat, der dauerhaft zugeordnet ist und eine kühlere Nachtseite, die immer wieder in den Weltraum aussieht.
Die Dayside von Wasp-121b ist so heiß mit rund 4.500 Grad Fahrenheit (2.500 Grad Celsius), dass Metalle auf dem Planeten verdampft und nach oben in seine Atmosphäre driften können. Diese Metalle werden dann mit mächtigen Windside des Planeten mit 17.700 km/h abgeblasen, wo sie abkühlen und fallen als Regen aus flüssigem Metall, Rubin und Saphir.
Modelle für planetarische Bildungsbildungsmodelle deuten darauf hin, dass sich Wesp-121b in der protoplanetären Festplatte, die seinen Stern einst umgab, sich weiter nach unten ausgebildet haben sollte, als die Position, die sie heute einnimmt, bevor sie nach innen wandern. Aber die Chemie des Planeten scheint diese Idee nicht zu unterstützen.
In der protoplanetaren Scheibe dieses Systems (und aller anderen), die felsige und eisige Materialien von Dampf zu fest wechselten, hätte ein Gradienten von einem Anstieg des Sterns von Dampf zu Feststoff existiert sein.
Astronomen können nach Signaturen von Elementen in Planeten und ihren Atmosphären suchen und das Verhältnis von felsiger Materie zu eisigen, gasförmigen Materie bestimmen, die bei der Geburt des Planeten vorhanden sind. Das sollte ihnen sagen, wie weit der Stern vom Planeten entfernt war.
Um dieses Verhältnis zu bestimmen, müssen Astronomen normalerweise wiederholte Beobachtungen mit verschiedenen Instrumenten machen: ein sichtbares Lichtinstrument, um festes felsiges Material und ein Infrarotinstrument zu erkennen, um gasförmige Materie zu erkennen.
Die Tatsache, dass WASP-121b so heiß ist, bedeutet, dass diese diese Arten von Elementen in seiner Atmosphäre verdampft und mit Igrinen nachgewiesen werden können, wenn der Planet das Gesicht seines Sterns überschreitet oder “überträgt”.
“Das Klima dieses Planeten ist extrem und nichts wie das der Erde”, sagte Smith. “Der Dayside des Planeten ist so heiß, dass Elemente, die typischerweise als ‘Metall’ betrachtet werden, in die Atmosphäre verdampft werden, was sie über Spektroskopie nachweisbar macht.”
So konnte dieses Team bei Igrins das Rock-zu-Ice-Verhältnis von WASP-121B entdecken, das besonders hoch war. Dies deutet darauf hin, dass es in den Kinderschuhen des Planeten in der Lage war, viel felsige Materie zu betreiben, als es sich bildete. Dies würde darauf hinweisen, dass es in einer Region der protoplanetaren Scheibe geboren wurde, die zu heiß war, als dass ICES kondensiert wurde. Dies war eine Überraschung für Wissenschaftler, da das derzeitige Paradigma darauf hindeutet, dass Gasriesen feste ICES benötigen, um sich zu bilden.
“Unsere Messung bedeutet, dass diese typische Sichtweise möglicherweise überdacht und unsere Planetenformationsmodelle überarbeitet werden müssen”, fügte Smith hinzu.
Smith und Kollegen beabsichtigen nun, ihre Untersuchung von ultra-HOT-Jupitern in anderen planetarischen Systemen mithilfe der verbesserten IGRIN-2-Instrumente zu erweitern, die derzeit kalibriert und verwendet werden.
Dies sollte es Wissenschaftlern ermöglichen, eine größere Stichprobe von heißen Jupiter -Exoplanet -Atmosphären zu bauen und die Geheimnisse dieser extremen Welten freizuschalten, wie es im Sonnensystem zu sehen ist.
Die Forschung des Teams wurde am 2. Dezember im Astronomischen Journal veröffentlicht.
