تعرف على WASP-121b ، كوكب خارج المجموعة الشمسية "المعدن الثقيل" الساخن

مفهوم الفنان WASP-121b ، الذي يدور بالقرب من نجمه وهو ساخن لدرجة أن الغازات المعدنية الثقيلة في الغلاف الجوي تهرب إلى الفضاء. Image via Engine House VFX / At-Bristol Science Center / University of Exeter / JPL.

تم اكتشاف الكواكب الخارجية - عوالم تدور حول نجوم أخرى - في مجموعة واسعة من الأنواع والأحجام ، من العوالم الصخرية الصغيرة إلى عمالقة الغاز الساخن الأزيز التي تدور بالقرب من نجومهم. تتبادر عبارة "موسيقى الأجواء" إلى الذهن ، وهو مفهوم فلسفي قديم يعتبر حركات الشمس والقمر والكواكب شكلاً من أشكال الموسيقى. في حين أن هذه العبارة تميل إلى إثارة أفكار الألحان الكلاسيكية ، يبدو أن أحد الكواكب الخارجية على وجه الخصوص يناسب نوع المعدن الثقيل بشكل أفضل.

الكوكب - WASP-121b ، كوكب المشتري الحار 900 سنة ضوئية من الأرض - يدور حول نجمه لدرجة أن الغلاف الجوي العلوي له يصل إلى 4600 درجة فهرنهايت (2500 درجة مئوية). شوهت خطورة نجمها المضيف الكوكب إلى شكل مستطيل لكرة القدم الأمريكية. اكتشف لأول مرة في عام 2015 ، الكوكب هو 1.8 مرة من كتلة كوكب المشتري.

اكتشف تلسكوب هابل الفضائي (HST) الغاز الذي يفر من الكوكب ، والحديد وغاز المغنيسيوم ، الملقب بـ "المعادن الثقيلة". ونشرت هذه النتائج الجديدة التي استعرضها النظراء في 1 أغسطس في المجلة الفلكية .

تشير الدلائل إلى أن الغلاف الجوي السفلي لـ WASP-121b حار جدًا بحيث يبقى الحديد والمغنيسيوم في حالة غازية. وهي تتدفق إلى الغلاف الجوي العلوي ، حيث يمكن أن تهرب إلى الفضاء على معاطف غاز الهيدروجين والهيليوم. هذه هي المرة الأولى التي تُلاحظ فيها هذه الغازات وهي تفرز كوكبًا كوكبيًا خارج المجموعة الشمسية. كما قال ديفيد سينغ ، الباحث في جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور ، ماريلاند:

وقد شوهدت المعادن الثقيلة في كوكب المشتري الساخن الآخر من قبل ، ولكن فقط في الغلاف الجوي السفلي. لذلك أنت لا تعرف ما إذا كانوا يهربون أم لا. مع WASP-121b ، نرى المغنيسيوم وغاز الحديد بعيدًا عن الكوكب لدرجة أنهم غير مرتبطين بالجاذبية. المعادن الثقيلة تهرب جزئيا لأن الكوكب كبير ومنتفخ لدرجة أن جاذبيته ضعيفة نسبيا. هذا كوكب يجري تجريده بنشاط من غلافه الجوي.

المشاهدات المحاكاة بواسطة الكمبيوتر من WASP-121b ، باستخدام الصور من تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا. الصورة عبر NASA / JPL-Caltech / جامعة إيكس مارسيليا (AMU) / ويكيبيديا.

كيف تحدث هذه العملية؟ أولاً ، يكون النجم نفسه أكثر سخونة من الشمس ، والضوء فوق البنفسجي من النجم يسخن الجو العلوي للكوكب. قد يساعد الحديد الهارب وغاز المغنيسيوم أيضًا في تسخين الغلاف الجوي أكثر ، وفقًا لـ Sing:

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

لا يتأثر جو الكوكب بشدة فحسب ، بل يتأثر به الكوكب أيضًا. إنها في الواقع تقترب من النقطة التي يمكن أن تنفصل فيها جاذبية النجم. الآن على الرغم من ذلك ، فقد امتدت إلى شكل يشبه كرة القدم. يوفر WASP-121b فرصة مراقبة نادرة للعلماء ، كما لاحظ Sing:

لقد اخترنا هذا الكوكب لأنه شديد التطرف. كنا نظن أن لدينا فرصة لرؤية عناصر أثقل وهي تهرب. يكون الجو حارًا جدًا ويفضل مراقبته ، إنه أفضل فرصة للعثور على وجود المعادن الثقيلة. كنا نبحث بشكل رئيسي عن المغنيسيوم ، ولكن كانت هناك تلميحات من الحديد في أجواء الكواكب الخارجية الأخرى. كانت مفاجأة ، رغم ذلك ، لرؤيتها بوضوح في البيانات وعلى ارتفاعات كبيرة بعيدة جدًا عن الكوكب.

وفقًا لدريك ديمينج ، عالم فلك في جامعة ماريلاند:

هذا الكوكب هو نموذج أولي لكوكب المشتري الحار للغاية. يتم تعريض هذه الكواكب بشكل كبير للنجوم المضيفة لها ، فهي تشبه النجوم نفسها تقريبًا. يتم تبخير الكوكب بواسطة نجمه المضيف إلى درجة أنه يمكننا رؤية ذرات معدنية تفر من الغلاف الجوي العلوي حيث يمكن أن تتفاعل مع المجال المغناطيسي للكوكب. هذا يمثل فرصة لمراقبة وفهم بعض الفيزياء مثيرة للاهتمام للغاية.

كوكب المشتري الساخن هذا بالقرب من النجم المضيف لها نادرة جدا. تلك التي هي ساخنة حتى لا تزال نادرة. على الرغم من أنها نادرة ، إلا أنها تبرز حقًا بمجرد العثور عليها. ونحن نتطلع إلى معرفة المزيد عن هذا الكوكب الغريب.

تشكل ملاحظات WASP-121b هذه جزءًا من استبيان برنامج الخزانة المقارنة للكواكب خارج الكواكب (PanCET). إنها أول دراسة مقارنة واسعة النطاق للأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء لعشرين من الكواكب الخارجية المختلفة ، يتراوح حجمها من الأرض الفائقة (عدة مرات كتلة الأرض) إلى كوكب المشتري (أكثر من 100 مرة كتلة الأرض).

WASP-121b هو نوع من الكواكب الخارجية يسمى كوكب المشتري الساخن ، مثل HD 209458b (مفهوم الفنان). الصورة عبر وكالة ناسا / ESA / G. لحم الخنزير المقدد (STScI) / N. مادهودهان (جامعة كاليفورنيا).

من خلال دراسة WASP-121b والمشترين الآخرين ، يمكن للعلماء معرفة المزيد حول كيف تفقد الكواكب أجواءها البدائية. تميل أجواء الكواكب التي لا تزال تشكل إلى أن تتكون من غازات أخف وزنا من الهيدروجين والهيليوم. لكن تلك الأجواء يمكن تجريدها مع اقتراب الكوكب من نجمه. كما أوضح الغناء:

يتكون كوكب المشتري الحار في معظمه من الهيدروجين ، وهابل حساس للغاية للهيدروجين ، لذلك نحن نعرف أن هذه الكواكب يمكن أن تفقد الغاز بسهولة نسبية. ولكن في حالة WASP-121b ، يتدفق غاز الهيدروجين والهيليوم ، مثل النهر تقريبًا ، ويقوم بسحب هذه المعادن معهم. إنها آلية فعالة للغاية لفقدان الكتلة.

يعد WASP-121b أيضًا هدفًا مثاليًا للرصدات المستقبلية من تلسكوب James Webb Space Telescope المرتقب ، والذي سيكون قادرًا على فحص الغلاف الجوي للمياه وثاني أكسيد الكربون ، والمساعدة في توفير تحليل أكثر اكتمالا لجميع العناصر الكيميائية في الغلاف الجوي. ستساعد هذه البيانات العلماء على فهم كيفية تكوين عوالم مثل كوكب المشتري الحار ، وكذلك أنظمة الكواكب بشكل عام.

مفهوم الفنان لـ WASP-121b ، والذي يصفه علماء الفلك بأنه كوكب خارج المجموعة الشمسية من المعدن الثقيل. الكوكب حار لدرجة أن غازات المغنيسيوم والحديد - المسماة "المعادن الثقيلة" لأن الأوزان الذرية لهذه العناصر أكبر من تلك الموجودة في الهيدروجين أو الهيليوم - تفلت من الغلاف الجوي. في هذه الأثناء ، تجذب جاذبية النجم المضيف الكوكب والجو ، وتمتد إلى شكل كرة قدم. الصورة عبر NASA / ESA / J. أولمستيد (STScI) / Hubblesite.

خلاصة القول: WASP-121b هي نوع من كوكب كوكب المشتري الخارجي الحار نادراً ما يشاهد ، عالم ساخن جدًا وقريب جدًا من نجمه بحيث يتم تجريد الغازات المعدنية الثقيلة من غلافه الجوي ويمتد الكوكب نفسه في شكل كرة قدم.

المصدر: برنامج PanCET لتلسكوب هابل الفضائي: Exospheric Mg II و Fe II في طيف النقل القريب من الأشعة فوق البنفسجية من WASP-121b باستخدام Jitter Decorrelation

عبر Hubblesite

عبر جامعة ماريلاند