Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä, johon osallistuu eurooppalaisia ​​ja amerikkalaisia ​​instituutioita, on tunnistanut eksoplaneetta, jolla on pitkänomainen, sitruunan kaltainen siluettimikä pakottaa tarkastelemaan joitakin vakiintuneita käsityksiä siitä, miten aurinkokunnan ulkopuoliset maailmat syntyvät ja kehittyvät.
Kohde, luetteloitu nimellä PSR J2322-2650b, analysoitiin James Webbin avaruusteleskooppi (JWST), jonka NASA kehitti yhteistyössä Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja Kanadan avaruusjärjestön kanssa. Data paljastaa paitsi painovoiman voimakkaasti vääristämän muodon myös epätavallinen ilmakehä, jossa hallitsevat helium ja hiili mikä hämmentää tiedeyhteisöä.
Kaasujättiläinen muuttui sitruunan muotoiseksi
PSR J2322-2650b:n massa on verrattavissa JupiterMutta sen muoto on kaikkea muuta kuin pallomainen. JWST-havainnoista johdetut mallit osoittavat, että sen Ekvatoriaalinen halkaisija on noin 38 % suurempi kuin napahalkaisija., mikä antaa sille amerikkalaisen jalkapallon tai venytetyn sitruunan ulkonäön.
Tämän äärimmäisen geometrian syynä on sen läheisyys pulsariinpieni, erittäin tiheä neutronitähti, joka pyörii suurella nopeudella. Planeetta sijaitsee vain 1,6 miljoonaa kilometriä tähdestäänmitätön etäisyys verrattuna Maan ja Auringon väliseen noin 150–160 miljoonan kilometrin etäisyyteen. Näissä olosuhteissa gravitaatiovuorovesivoimat Ne vetävät planeettaa, kunnes se epämuodostuu.
Tämä tiukka kiertorata tekee sen vuodesta poikkeuksellisen lyhyen: PSR J2322-2650b kiertää pulsarin noin 7,8 tunnissa.Käytännössä planeetta on ikään kuin pysyvästi alttiina raa'alle painovoimalle, mikä selittää tiedemiehen havaitseman pitkänomaisen siluetin.
Tutkijat itse myöntävät, että havainto yllätti heidät. Ensimmäisten JWST-tietojen lataamisen jälkeen ryhmän reaktio oli kirjaimellisesti «Mitä helvettiä tämä on?", varmistettuaan, että kohde ei vastannut muodoltaan tai koostumukseltaan mitään tähän mennessä tutkittua eksoplaneettaa.
"Musta leski" -tyyppinen järjestelmä, jonka uhri on planeetta
Ympäristö, jossa PSR J2322-2650b liikkuu, on myös ainutlaatuinen. Planeetta kiertää millisekunnin pulsariAuringon massainen neutronitähti puristettuna kaupungin kokoiseksi kappaleeksi. Nämä kappaleet pyörivät satoja kertoja sekunnissa ja Ne lähettävät sähkömagneettista säteilyä jotka pyyhkäisevät avaruuden halki kuin majakan säde.
Tämän tyyppisiä konfiguraatioita kutsutaan ns. "musta leski" -järjestelmätNäissä tapauksissa pulsari irrottaa vähitellen materiaa seuralaisestaan. Tyypillisesti tämä seuralainen on valotähti, jonka kaasukuori repeytyy irti ja haihtuu gammasäteiden ja korkeaenergisten hiukkastuulien pommitusten vaikutuksesta. Tässä tapauksessa pulsaria seuraava kohde on kuitenkin eksoplaneetta virallisesti tunnustettu sellaiseksi Kansainvälisen tähtitieteellisen unionin luoma, eikä tähti.
Yli 6.000 XNUMX eksoplaneettaa Tähän mennessä vahvistettu PSR J2322-2650b erottuu joukosta Ainoa kuuma kaasujättiläinen havaittu pulsarin kiertoradallaLisäksi vain hyvin pienen määrän pulsareita tiedetään isännöivän planeettoja, mikä tekee järjestelmästä harvinaisen luonnollisen laboratorion äärimmäisen fysiikan tutkimiseen.
Pulsari säteilee pääasiassa gammasäteet ja muut erittäin energiset hiukkasetjotka paradoksaalisesti osoittautuvat havaintoeduksi. Nämä päästöt ovat käytännössä näkymätön infrapunalaitteille James Webb -teleskoopista, jotta teleskooppi voi tallentaa planeetalta tulevan lämpövalon puhtaasti ilman kirkkaan pääsarjan tähden tavanomaista häikäisyä.
Heliumin ja molekyylihiilen hallitsema ilmakehä
Vaikka sitruunan muoto tekee PSR J2322-2650b:stä jo ainutlaatuisen, asiantuntijoita on todella hämmentänyt sen eksoottinen tunnelmaTavanomaisten molekyylien sijaan, joita on nähty muissa maailmoissa – kuten vesihöyryä, metaania tai hiilidioksidia- JWST:n infrapunahavainnot osoittavat seoksen, jossa on hallitsevaa helium ja molekyylihiili.
Analysoiduissa spektreissä näkyvät selvästi merkit C₂ ja C₃Kaksi hiilimolekyylien konfiguraatiota, joita ei ole koskaan havaittu näin selvästi eksoplaneetalla. Tutkimuksen tekijät korostavat, että noin 150 planeetan ilmakehää Aurinkokunnan sisällä ja ulkopuolella yksityiskohtaisesti tutkittuina mikään ei muistuta tätä kohdetta.
Planeetan lämpötilat ovat erittäin korkeita. Pulsarin valaisemalla puolella ne saavuttavat lähes 2.040 ºC, kun taas varjostetulla puolella, aina vuorovesikytkennän vaikutuksesta vastakkaiseen suuntaan, arviot ovat noin 650 ºCTällä lämpötila-alueella, jos muita alkuaineita olisi runsaasti, hiili pyrkisi yhdistymään niihin muodostaen monimutkaisempia molekyylejä sen sijaan, että se näyttäisi "vapaasta" molekyylihiilestä.
Analyysi kuitenkin osoittaa, että lähes täydellinen hapen ja typen puute ilmakehässä. Tämä puutos selittää, miksi hiili voi olla vallitseva C₂:n ja C₃:n muodossa, mutta samalla se herättää arvoituksen planeetan alkuperästä: mikään planeettojen muodostumisen standardimalli ei ennusta näin äärimmäistä koostumusta, joka on runsas hiilipitoinen ja niin köyhä muiden kevyiden alkuaineiden suhteen.
Tutkijat jopa viittaavat siihen mahdollisuuteen, että on olemassa noki- ja hiilihiukkasten pilviä kelluu ylemmissä kerroksissa, mikä syvyyksissä voisi tiivistyvät ja muodostavat timantin kaltaisia ​​rakenteitatutkimusten mukaan mineraalit ja kivetVaikka tämä ajatus on toistaiseksi hypoteettinen, se sopii yhteen planeetan sisäisen paineen ja lämpötilan laskelmien kanssa.
Alkuperä, joka haastaa planeettojen muodostumismallit
Ymmärrys siitä, miten näillä ominaisuuksilla varustettu kappale on voinut muodostua, on tullut yhdeksi tutkimuksen suurista mysteereistä. Artikkelin kirjoittajat sulkevat pois sen mahdollisuuden, että PSR J2322-2650b muodostui... "Tavanomainen" planeetta protoplanetaarisessa kiekossakoska sen kemiallinen koostumus ei vastaa sitä, mitä havaitaan muissa lähellä tähtiään olevissa kaasujättiläisissä.
Hypoteesi, että kyseessä on muinaisen seurantähden paljaat jäänteet Pulsari olisi riisunut pois ulkokerroksia, kuten tyypillisillä mustilla leskillä tapahtuu. Tähden sisäosia hallitseva ydinfysiikka ei suosi suurten määrien ydinten tuotantoa. lähes puhdasta hiiltä ilman merkittävää tukea muilta elementeiltä, ​​joten tämä skenaario jättää planeetan nykyisen ilmakehän selittämättömäksi.
Yksi vaihtoehtoisista ajatuksista on, että kappaleen jäähtyessä sen sisäinen seos hiili ja happi alkavat kiteytyäTuossa prosessissa hiilikiteitä Puhtaammat alkuaineet olisivat yleensä nousseet ylös ja sekoittuneet heliumin kanssa ulkokerroksissa, jolloin happi olisi jäänyt enemmän sisäosiin tai loukkuun kiinteisiin faaseihin. Tästä huolimatta tähtitieteilijät myöntävät, että On epäselvää, miten happea ja typpeä on poistettu ilmakehästä niin tehokkaasti..
Tutkimuksesta vastaavien sanoin järjestelmä vaikuttaa ristiriidassa kaikkien tunnettujen muodostumismekanismien kanssaTiedeyhteisölle tämäntyyppinen löydös on haaste, mutta myös mahdollisuus testata nykyisiä teorioita ja tarvittaessa muotoilla niitä uudelleen.
James Webb -avaruusteleskoopin keskeinen rooli
PSR J2322-2650b:n löytäminen on mahdollista seuraavien ominaisuuksien ansiosta: James Webb avaruusteleskooppi, tehokkain aktiivinen avaruusobservatorio, jota hallinnoivat yhdessä NASA, Euroopan avaruusjärjestö (ESA) ja Kanadan avaruusjärjestö. Sijaitsee noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä MaastaWebb toimii infrapuna-alueella ja on suojattu auringon lämmöltä valtavalla aurinkovarjolla.
Tämä lämpösuoja pitää instrumentit erittäin alhaisissa lämpötiloissa, minkä ansiosta ne voivat tallentaa erittäin heikkoja signaaleja. Euroopan maaperältä käsin, jopa suurilla kaukoputkilla, se olisi käytännössä mahdotonta havaita niin ohutta ilmakehää kuten tämän eksoplaneetan tapauksessa: Maan oma lämpö ja laitteiston lämpö lisäävät fotonikohinaa, joka peittää mitattavan signaalin.
PSR J2322-2650b:n erityistapauksessa se, että pulsari loistaa himmeästi infrapunassa Tämä on ollut sen eduksi. JWST pystyi seuraamaan planeettaa koko sen kiertoradalla ja mittaamaan, miten sen lähettämä säteily vaihteli sen pyöriessä neutronitähden ympäri. Tämän ansiosta tiedemiehet ovat saaneet erityisen puhdas spektriilman tavallisille tähdille tyypillistä loistoa.
Tämän datalaadun ansiosta tiimi on pystynyt tunnistamaan paitsi C₂:n ja C₃:n läsnäolon, myös rekonstruoi planeetan geometria ja lämpötilajakauma päivä- ja yöpallonpuoliskon välillä. Tämä tieto on avainasemassa sen ymmärtämisessä, miten kaasujättiläisten ilmakehät reagoivat tällaisiin äärimmäisiin säteilyolosuhteisiin.
James Webb -avaruusteleskooppi on laukaisunsa jälkeen vuonna 2021 antanut lukuisia tuloksia kaukaisista galakseista, nuorista tähdistä ja eksoplaneetoista. Tällaisia ​​löydöksiä Ne vahvistavat avaruusinfrastruktuurin roolia eurooppalaisessa ja maailmanlaajuisessa tähtitieteessä., ja ne osoittavat, missä määrin yllätyksiä löytyy edelleen jopa niin hyvin tutkituilla aloilla kuin jättiläisplaneettojen fysiikka.
PSR J2322-2650b:n myötä outojen maailmojen lista saa uuden jäsenen: jättimäinen kuuma kaasumainen, sitruunan muotoon muokattuMillisekuntipulsarin ympärillä sijaitseva planeetta, jonka ilmakehässä hallitsevat helium ja molekyylihiili sekä sisätiloissa potentiaalia timanttien muodostumiselle, on kaukana klassisista malleista, ja siitä on tullut arvoitus, joka James Webb -avaruusteleskoopin ja muiden observatorioiden tulevien havaintojen myötä saattaa pakottaa meidät tarkistamaan ymmärrystämme siitä, miten planeetat muodostuvat ja kehittyvät äärimmäisissä ympäristöissä.
