قابل WASP-121b ، كوكب خارجي ساخن من 'المعدن الثقيل'

الغلاف الجوي لكوكب عملاق يتدفق في الفضاء.

مفهوم الفنان عن WASP-121b ، الذي يدور بالقرب من نجمه ويكون شديد الحرارة لدرجة أن غازات المعادن الثقيلة في غلافه الجوي تتسرب إلى الفضاء. الصورة عبر Engine House VFX / At-Bristol Science Center / University of Exeter /مختبر الدفع النفاث.


الكواكب الخارجية- عوالم تدور حول نجوم أخرى - تم اكتشافها في مجموعة متنوعة من الأنواع والأحجام ، من العوالم الصخرية الصغيرة إلى عمالقة الغاز الساخن الأزيز التي تدور بالقرب من نجومها. الجملة 'موسيقى المجالات'يتبادر إلى الذهن ، وهو مفهوم فلسفي قديم كان يعتبر حركات الشمس والقمر والكواكب شكلاً من أشكال الموسيقى. بينما تميل هذه العبارة إلى استحضار أفكار الألحان الكلاسيكية ، يبدو أن أحد الكواكب الخارجية على وجه الخصوص مناسبنوع المعادن الثقيلةأفضل.

الكون -WASP-121b، إلىكوكب المشتري الساخن900سنوات ضوئيةمن الأرض - مدارات قريبة جدًا من نجمها لدرجة أن غلافها الجوي العلوي يصل إلى 4600 درجة فهرنهايت (2500 درجة مئوية). شوهت جاذبية نجمها المضيف الكوكب إلى الشكل المستطيل لكرة القدم الأمريكية. اكتشف الكوكب لأول مرة في عام 2015 ، وهو أكبر بمقدار 1.8 مرة من كتلة كوكب المشتري.


تلسكوب هابل الفضائي (HST) الكشف عن غاز يتسرب من الكوكب ، وغاز الحديد والمغنيسيوم ، ويطلق عليه اسم 'المعادن الثقيلة'. هذه جديدةمراجعة الأقرانكانت النتائجنشرتفي 1 أغسطس فيالمجلة الفلكية.

تشير الدلائل إلى أن الغلاف الجوي السفلي لـ WASP-121b حار جدًا لدرجة أن الحديد والمغنيسيوم يظلان في حالة غازية. يتدفقون إلى الغلاف الجوي العلوي ، حيث يمكنهم الهروب إلى الفضاء على ذيلان من الهيدروجين وغاز الهليوم. هذه هي المرة الأولى التي تُلاحظ فيها مثل هذه الغازات وهي تهرب من كوكب خارجي ساخن على كوكب المشتري. كماديفيد سينغقال الباحث في جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور بولاية ماريلاند:

شوهدت معادن ثقيلة في كواكب المشتري الحارة الأخرى من قبل ، ولكن فقط في الغلاف الجوي السفلي. لذا فأنت لا تعرف ما إذا كانوا يهربون أم لا. باستخدام WASP-121b ، نرى غاز المغنيسيوم والحديد بعيدًا عن الكوكب لدرجة أنهما غير مرتبطين بالجاذبية. تتسرب المعادن الثقيلة جزئيًا لأن الكوكب كبير ومنتفخ لدرجة أن جاذبيته ضعيفة نسبيًا. هذا كوكب يتم تجريده بنشاط من غلافه الجوي.

خمسة مناظر للكوكب البرتقالي من الهلال إلى كامل الهلال.

مناظر تحاكي الكمبيوتر لـ WASP-121b ، باستخدام صور من تلسكوب Spitzer Space Telescope التابع لناسا. الصورة عبر NASA / JPL-Caltech / جامعة Aix-Marseille (AMU) /ويكيبيديا.




كيف تحدث هذه العملية؟ أولاً ، النجم نفسه أكثر سخونة من الشمس ، والأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن النجم تسخن الغلاف الجوي العلوي للكوكب. قد يساعد تسرب الحديد وغاز المغنيسيوم أيضًا في تسخين الغلاف الجوي بدرجة أكبر ، وفقًا لـ Sing:

ستجعل هذه المعادن الغلاف الجوي أكثر تعتيمًا في الأشعة فوق البنفسجية ، مما قد يساهم في تسخين الغلاف الجوي العلوي.

لا يتأثر الغلاف الجوي للكوكب بشدة فحسب ، بل يتأثر الكوكب أيضًا. إنه في الواقع يقترب من النقطة التي يمكن أن يتمزق فيها بفعل جاذبية النجم. في الوقت الحالي ، تم تمديدها إلى شكل يشبه كرة القدم. يوفر WASP-121b فرصة ملاحظة نادرة للعلماء ، كما أشار سينج:

اخترنا هذا الكوكب لأنه متطرف للغاية. كنا نظن أن لدينا فرصة لرؤية عناصر أثقل تهرب. إنه حار جدًا ومناسب جدًا للمراقبة ، إنها أفضل لقطة لإيجاد وجود المعادن الثقيلة. كنا نبحث بشكل أساسي عن المغنيسيوم ، ولكن كانت هناك تلميحات من الحديد في أغلفة الكواكب الخارجية الأخرى. كان من المفاجئ رؤية ذلك بوضوح في البيانات وعلى ارتفاعات كبيرة بعيدة جدًا عن الكوكب.


وفقدريك دمينغ، عالم فلك بجامعة ماريلاند:

هذا الكوكب هو نموذج أولي لكوكب المشتري شديد الحرارة. تتعرض هذه الكواكب للإشعاع بشدة من قبل نجومها المضيفة ، فهي تشبه النجوم نفسها تقريبًا. يتم تبخر الكوكب بواسطة نجمه المضيف لدرجة أنه يمكننا رؤية ذرات معدنية تهرب من الغلاف الجوي العلوي حيث يمكنها التفاعل مع المجال المغناطيسي للكوكب. يقدم هذا فرصة لمراقبة وفهم بعض الفيزياء الشيقة للغاية.

كواكب المشتري الحارة بهذا القرب من نجمهم المضيف نادرة جدًا. تلك التي تكون ساخنة حتى الآن أكثر ندرة. على الرغم من ندرة وجودهم ، إلا أنهم يبرزون حقًا بمجرد العثور عليهم. نتطلع إلى معرفة المزيد عن هذا الكوكب الغريب.

تعد ملاحظات WASP-121b هذه جزءًا من برنامج الخزانة المقارن للكواكب الخارجية المقارن (بانسيت) الدراسة الاستقصائية. إنها أول دراسة مقارنة واسعة النطاق للأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء لعشرين كوكبًا خارجيًا مختلفًا ، تتراوح أحجامها منالأرض الفائقة(عدة أضعاف كتلة الأرض) إلى المشتري (أكثر من 100 مرة من كتلة الأرض).


كوكب خارجي برتقالي كبير به نطاقات دائرية متوازية مثل كوكب المشتري.

WASP-121b هو نوع من الكواكب الخارجية يسمى كوكب المشتري الساخن ، مثل HD 209458b (مفهوم الفنان). صورة عبرناسا/ ESA / G. بيكون (STScI) / N. مادهوسودان (جامعة كاليفورنيا).

من خلال دراسة WASP-121b وكواكب المشتري الساخنة الأخرى ، يمكن للعلماء معرفة المزيد حول كيفية فقدان الكواكب لأغلفتها الجوية البدائية. تميل الأغلفة الجوية للكواكب التي لا تزال تتشكل إلى أن تتكون من غازات أخف وزنًا مثل الهيدروجين والهيليوم. ولكن يمكن تجريد هذه الأغلفة الجوية بعيدًا عندما يقترب كوكب من نجمه. كما أوضح سينغ:

تتكون معظم كواكب المشتري الحارة من الهيدروجين ، وهابل حساس جدًا للهيدروجين ، لذلك نعلم أن هذه الكواكب يمكن أن تفقد الغاز بسهولة نسبيًا. ولكن في حالة WASP-121b ، يتدفق غاز الهيدروجين والهيليوم ، مثل النهر تقريبًا ، ويسحب هذه المعادن معهم. إنها آلية فعالة للغاية لفقدان الكتلة.

يعد WASP-121b أيضًا هدفًا مثاليًا لعمليات الرصد المستقبلية من تلسكوب جيمس ويب الفضائي القادم ، والذي سيكون قادرًا على فحص الغلاف الجوي بحثًا عن الماء وثاني أكسيد الكربون ، والمساعدة في توفير تحليل أكثر اكتمالاً لجميع العناصر الكيميائية في الغلاف الجوي. ستساعد هذه البيانات العلماء على فهم أفضل لكيفية تشكل عوالم مثل كواكب المشتري الساخنة ، وكذلك أنظمة الكواكب بشكل عام.

أغلق نجمًا ساطعًا شبيهًا بالشمس من اليسار ، واستطالة كوكب خارج المجموعة الشمسية على شكل كرة القدم إلى اليمين.

مفهوم الفنان لـ WASP-121b ، والذي يصفه علماء الفلك بـمعدن ثقيلكوكب خارج المجموعة الشمسية. الكوكب شديد الحرارة لدرجة أن غازات المغنيسيوم والحديد - المسماة 'المعادن الثقيلة' لأن الأوزان الذرية لهذه العناصر أكبر من تلك الموجودة في الهيدروجين أو الهيليوم - تفلت من غلافه الجوي. في هذه الأثناء ، جاذبية النجم المضيف تسحب الكوكب وغلافه الجوي ، وتمدده إلى شكل كرة قدم. الصورة عبر NASA / ESA / J. أولمستيد (STScI) /هوبليسايت.

خلاصة القول: WASP-121b هو نوع من كوكب المشتري خارج المجموعة الشمسية الساخنة نادرًا ما يُرى ، وهو عالم حار جدًا وقريب جدًا من نجمه بحيث يتم تجريد الغازات المعدنية الثقيلة من غلافه الجوي ويتمدد الكوكب نفسه على شكل كرة قدم.

المصدر: Theتلسكوب هابل الفضائيبرنامج PanCET: Exospheric Mg II و Fe II في طيف الإرسال القريب من الأشعة فوق البنفسجية لـ WASP-121b باستخدام Jitter Decorrelation

عبر Hubblesite

عبر جامعة ماريلاند