Ang Hubble ay nagmamasid sa isang nagbabagong kapaligiran ng exoplanet

heic2401 — Paglabas ng Agham

4 Enero 2024

Isang internasyonal na pangkat ng mga astronomo ang nag-assemble at nag-reprocess ng mga obserbasyon ng exoplanet WASP-121 b na nakolekta kasama ng NASA/ESA Hubble Space Telescope noong mga taong 2016, 2018 at 2019. Nagbigay ito sa kanila ng isang natatanging dataset na nagbigay-daan sa kanila hindi lamang upang pag-aralan ang kapaligiran ng WASP 121 b, ngunit upang ihambing din ang estado ng kapaligiran ng exoplanet sa loob ng ilang taon. Natagpuan nila ang malinaw na katibayan na ang mga obserbasyon ng WASP-121 b ay nag-iiba sa oras. Pagkatapos ay gumamit ang koponan ng mga sopistikadong diskarte sa pagmomodelo upang ipakita na ang mga temporal na pagkakaiba-iba ay maaaring ipaliwanag ng mga pattern ng panahon sa kapaligiran ng exoplanet.

Ang pag-obserba sa mga exoplanet — mga planeta sa kabila ng ating Solar System — ay mahirap, dahil sa kanilang distansya mula sa Earth at sa katotohanang karamihan sa kanila ay nag-o-orbit ng mga bituin na mas malaki at mas maliwanag kaysa sa mga planeta. Nangangahulugan ito na ang mga astronomer na nakapag-obserba ng isang exoplanet na may teleskopyo na kasing sopistikado ng Hubble ay karaniwang kailangang pagsamahin ang lahat ng kanilang data upang makakuha ng sapat na impormasyon upang makagawa ng mga kumpiyansa na pagbabawas tungkol sa mga katangian ng exoplanet. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga obserbasyon upang mapataas ang lakas ng signal ng exoplanet, ang mga astronomo ay maaaring bumuo ng isang average na larawan ng atmospera nito, ngunit hindi nito sinasabi sa kanila kung ito ay nagbabago. Sa madaling salita, hindi nila maaaring pag-aralan ang lagay ng panahon sa ibang mga mundo gamit ang average na pamamaraang ito. Ang pag-aaral ng lagay ng panahon ay nangangailangan ng mas maraming data na may mataas na kalidad, na kinuha sa mas malawak na yugto ng panahon. Sa kabutihang palad, naging aktibo na ngayon ang Hubble sa napakatagal na panahon kung kaya’t mayroong isang malawak na archive ng data ng Hubble, kung minsan ay may maraming hanay ng mga obserbasyon ng parehong celestial na bagay — at kabilang dito ang exoplanet WASP-121 b.

Ang WASP-121 b (kilala rin bilang Tylos) ay isang mahusay na pinag-aralan na mainit na Jupiter [1] na umiikot sa isang bituin na humigit-kumulang 880 light-years mula sa Earth, na kumukumpleto ng isang buong orbit sa isang napakabilis na 30-oras na panahon. Ang sobrang lapit nito sa host star nito ay nangangahulugan na ito ay naka-lock nang maayos [2]at ang hemisphere na nakaharap sa bituin ay napakainit, na may mga temperaturang lampas sa 3000 Kelvins [3]. Pinagsama ng team ang apat na set ng archival observation ng WASP-121 b, lahat ay ginawa gamit ang Hubble’s Wide Field Camera 3 (WFC 3). Kasama sa kumpletong naka-assemble na dataset ang mga obserbasyon ng: WASP-121 b na lumilipat sa harap ng bituin nito (kinuha noong Hunyo 2016); WASP-121 b na lumilipat sa likod ng bituin nito, na kilala rin bilang pangalawang eclipse (kinuha noong Nobyembre 2016); at dalawang phase-curve [4] ng WASP-121 b (kinuha noong Marso 2018 at Pebrero 2019 ayon sa pagkakabanggit). Ginawa ng team ang natatanging hakbang ng pagproseso ng bawat dataset sa parehong paraan, kahit na dati itong naproseso ng ibang team. Ang pagpoproseso ng data ng Exoplanet ay matagal at kumplikado, ngunit gayunpaman, sulit ito dahil pinapayagan nito ang koponan na direktang ihambing ang naprosesong data mula sa bawat hanay ng mga obserbasyon sa isa’t isa. Isa sa mga punong imbestigador ng koponan, si Quentin Changeat, isang ESA Research Fellow sa Space Telescope Science Institute, ay nagpaliwanag:

“Ang aming dataset ay kumakatawan sa isang malaking halaga ng oras ng pagmamasid para sa isang planeta at sa kasalukuyan ay ang tanging pare-parehong hanay ng mga paulit-ulit na obserbasyon. Ang impormasyong nakuha namin mula sa mga obserbasyon na iyon ay ginamit upang makilala (ipahiwatig ang kimika, temperatura, at mga ulap) ng kapaligiran ng WASP-121 b sa iba’t ibang oras. Nagbigay ito sa amin ng napakagandang larawan ng planeta, na nagbabago sa panahon.”

Matapos linisin ang bawat dataset, nakakita ang koponan ng malinaw na katibayan na ang mga obserbasyon ng WASP-121 b ay nag-iiba sa oras. Habang maaaring manatili ang mga instrumental na epekto, ang data ay nagpakita ng isang maliwanag na pagbabago sa hot spot ng exoplanet [5] at mga pagkakaiba sa spectral signature (na nagpapahiwatig ng kemikal na komposisyon ng atmospera ng exoplanet) na nagpapahiwatig ng pagbabago ng atmospera. Susunod, gumamit ang koponan ng napakahusay na mga modelo ng computational upang subukang maunawaan ang naobserbahang gawi ng kapaligiran ng exoplanet. Ang mga modelo ay nagpahiwatig na ang kanilang mga resulta ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng quasi-periodic na mga pattern ng panahon, partikular na mga malalaking bagyo na paulit-ulit na nilikha at nawasak bilang resulta ng malaking pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng nakaharap sa bituin at madilim na bahagi ng exoplanet. Ang resultang ito ay kumakatawan sa isang makabuluhang hakbang pasulong sa potensyal na pagmamasid sa mga pattern ng panahon sa mga exoplanet.

“Ang mataas na resolution ng aming exoplanet atmosphere simulation ay nagbibigay-daan sa amin na tumpak na i-modelo ang panahon sa mga ultra-hot na planeta tulad ng WASP-121 b,” ipinaliwanag ni Jack Skinner, isang postdoctoral fellow sa California Institute of Technology at co-leader ng pag-aaral na ito. “Narito kami ay gumagawa ng isang makabuluhang hakbang pasulong sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga obserbasyonal na mga hadlang sa mga simulation ng kapaligiran upang maunawaan ang pagkakaiba-iba ng panahon ng panahon sa mga planetang ito.”

“Ang panahon sa Earth ay responsable para sa maraming aspeto ng ating buhay, at sa katunayan ang pangmatagalang katatagan ng klima ng Earth at ang panahon nito ay malamang na ang dahilan kung bakit maaaring lumitaw ang buhay sa unang lugar,” idinagdag ni Changeat. “Ang pag-aaral ng lagay ng panahon ng mga exoplanet ay mahalaga sa pag-unawa sa pagiging kumplikado ng mga kapaligiran ng exoplanet, lalo na sa aming paghahanap ng mga exoplanet na may mga kondisyong matitirhan.”

Mga obserbasyon sa hinaharap kasama ang Hubble at iba pang malalakas na teleskopyo, kabilang ang Webbay magbibigay ng higit na insight sa mga pattern ng panahon sa malalayong mundo: at sa huli, posibleng sa paghahanap ng mga exoplanet na may matatag na pangmatagalang klima at mga pattern ng panahon.

Mga Tala

[1] Ang Hot Jupiters ay isang uri ng exoplanet na walang direktang Solar System analogue: ang mga ito ay napalaki na mga higanteng gas na nag-o-orbit nang napakalapit sa kanilang mga magulang na bituin, na kadalasang nagsasagawa ng kumpletong orbit sa loob ng ilang araw.

[2] Ang tidal locking ay tumutukoy sa sitwasyon kung saan ang isang nag-oorbit na katawan ay palaging nagpapakita ng parehong hemisphere sa bagay na ito ay nag-o-orbit. Halimbawa, ang Buwan ay naka-lock nang maayos sa Earth, na nagpapaliwanag kung bakit palaging pareho ang hitsura ng ibabaw ng Buwan mula sa ating pananaw dito sa Earth. Sa ilang mga kaso, maaaring mai-lock ang dalawang katawan sa isa’t isa, bagama’t hindi ito ang kaso para sa Buwan at Earth: mula sa pananaw ng isang astronaut sa Buwan, lumilitaw pa rin na umiikot ang Earth sa sarili nitong axis. Ang mga planetang naka-lock ng tidly ay magkakaroon ng sobrang hindi pantay na pamamahagi ng temperatura sa kanilang buong ibabaw, kung saan ang hemisphere na nakaharap sa bituin ay mas mainit kaysa sa isa.

[3] Ang Kelvins (K) ay ang yunit ng temperatura na karaniwang ginagamit ng maraming siyentipiko, kabilang ang mga astronomo. Ang mga Kelvin ay pareho sa laki ng mga degree Celsius (℃), gayunpaman, ang Kelvin scale ay na-offset mula sa Celsius na sukat, na nakatakda sa zero sa nagyeyelong punto ng tubig sa isang kapaligiran ng presyon. Sa kabaligtaran, ang zero sa sukat ng Kelvin ay kilala bilang absolute zero, at itinuturing na pinakamababang temperatura na posible, kung saan huminto ang lahat ng kinetic na aktibidad ng lahat ng molekula. Ang 0 K ay katumbas ng –273.15 ℃.

[4] Ipinapakita ng mga exoplanet phase curves ang iba’t ibang dami ng liwanag na natatanggap mula sa isang star-exoplanet system habang ang exoplanet ay umiikot sa parent star nito.

[5] Ang mga exoplanet hot spot ay, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang pinakamainit na lugar sa ibabaw ng exoplanet. Bagama’t magiging intuitive na ipagpalagay na ang hotspot ay palaging nasa punto sa planeta na pinakamalapit sa bituin, sa katunayan maraming pag-aaral ang nagpakita na ang mga exoplanet hotspot ay madalas na na-offset. Ito ay maaaring dahil sa hangin o iba pang atmospheric pattern sa mga exoplanet mismo.

Dr. Quentin Changeat
ESA Research Fellow sa STScI
Email: Email: qchangeat@stsci.edu