Mengungkap rahasia “Saturnus panas” dan bintang berbintiknya

Para astronom menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb untuk mempelajari atmosfer galaksi planet ekstrasurya HAT-P-18 b, menemukan uap air dan karbon dioksida dengan penekanan pada pengaruh sifat bintang induk pada analisis data.

Dipimpin oleh para peneliti dari Trottier Institute for Exoplanet Research (iREx) di Université de Montréal, sebuah tim astronom telah memanfaatkan kekuatan revolusioner James Webb Space Telescope (JWST) untuk mempelajari “planet panas”. Saturnus“Planet ekstrasurya HAT-P-18 b.

Temuan mereka dipublikasikan bulan lalu di jurnal Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Societybuatlah gambaran lengkap atmosfer HAT-P-18 b sambil mengeksplorasi tantangan utama dalam membedakan sinyal atmosfer dari aktivitas bintangnya.

HAT-P-18 b terletak lebih dari 500 tahun cahaya, dengan massa yang mirip dengan Saturnus tetapi ukurannya mendekati planet yang lebih besar. Jupiter. Akibatnya, planet ekstrasurya memiliki atmosfer “menggembung” yang sangat ideal untuk analisis.

Representasi artistik dari planet ekstrasurya “Saturnus panas”, HAT-P-18 b. Kredit: NASA/Eyes on Exoplanet

Melewati bintang berbintik

Pengamatan diambil dari Teleskop Luar Angkasa James Webb saat HAT-P-18 b melintas di depan bintangnya yang mirip Matahari. Momen ini disebut transit dan penting untuk mendeteksi dan mengkarakterisasi planet ekstrasurya yang berjarak ratusan tahun cahaya dengan presisi luar biasa.

Para astronom tidak mengamati secara langsung cahaya yang dipancarkan planet jauh tersebut. Sebaliknya, mereka mempelajari bagaimana cahaya bintang pusat diblokir dan dipengaruhi oleh planet yang mengorbitnya, sehingga mereka harus mencoba memisahkan sinyal yang dihasilkan dari keberadaan planet tersebut dan sinyal yang dihasilkan dari sifat-sifat bintang itu sendiri.

Kurva cahaya menunjukkan kecerahan atau kecerahan suatu bintang dari waktu ke waktu. Ketika sebuah planet ekstrasurya melewati bintang, yang disebut transit, sebagian cahaya bintang terhalang oleh planet ekstrasurya tersebut. Akibatnya, luminositas bintang berkurang. Ketika sebuah titik bintang menutupi permukaan bintang, atau ketika sebuah planet ekstrasurya melewati titik gelap tersebut, para astronom dapat melihat sinyal pada kurva cahaya berupa benjolan kecil di bagian bawah kurva cahaya yang lewat. Tonton animasi lengkap grafik di bawah ini. Sumber: B. Gougeon/Université de Montréal

Sama seperti Matahari kita, bintang tidak memiliki permukaan yang seragam. Planet ini dapat berisi bintik-bintik bintang gelap dan daerah terang, yang dapat menghasilkan sinyal yang meniru fitur atmosfer planet. Sebuah studi baru-baru ini terhadap planet ekstrasurya TRAPPIST-1 b dan bintangnya TRAPPIST-1, yang dipimpin oleh mahasiswa doktoral UdeM Olivia Lim, menyaksikan ledakan, atau suar, di permukaan bintang, sehingga mempengaruhi pengamatan.

Dalam kasus HAT-P-18 b, Webb mampu menangkap planet ekstrasurya tersebut saat melewati titik gelap pada bintangnya HAT-P-18. Hal ini disebut peristiwa persilangan terlokalisasi (localized crossover event), dan dampaknya terlihat jelas dalam data yang dikumpulkan untuk studi baru ini. Tim iREx juga melaporkan keberadaan beberapa titik bintang lain di permukaan HAT-P-18 yang tidak tertutup oleh planet ekstrasurya.

Untuk menentukan komposisi atmosfer planet ekstrasurya secara akurat, para peneliti harus secara bersamaan memodelkan atmosfer planet serta sifat-sifat bintangnya. Mereka menunjukkan dalam penelitian mereka bahwa pertimbangan seperti itu akan sangat penting dalam menangani pengamatan planet ekstrasurya Webb di masa depan agar dapat sepenuhnya memanfaatkan potensinya.

“Kami menemukan bahwa penghitungan kontaminasi bintang berarti bintik dan awan, bukan kabut, dan memulihkan kelimpahan uap air pada tingkat yang lebih rendah,” kata penulis utama Marilou Fournier-Tondreau.

“Jadi melihat bintang induk dari sistem akan membuat perbedaan besar,” tambah Fournier Tondreau, yang melakukan pekerjaan ini sebagai mahasiswa master di iREx dan sekarang sedang mengejar gelar PhD. Dalam Universitas Oxford.

“Ini sebenarnya pertama kalinya kami dapat dengan jelas memisahkan kabut dari titik bintang, berkat instrumen NIRIS (Near-Infrared Imager dan Non-Slit Spectrograph) di Kanada, yang memberikan cakupan panjang gelombang yang lebih luas hingga rentang cahaya tampak.”

Air, karbon dioksida, dan awan di atmosfer yang terbakar

Setelah memodelkan planet ekstrasurya dan bintang dalam sistem HAT-P-18, para astronom iREx melakukan mikrodiseksi komposisi atmosfer HAT-P-18 b. Dengan memeriksa cahaya yang disaring melalui atmosfer planet ekstrasurya saat melewati bintang induknya, para peneliti mendeteksi keberadaan uap air (H2O) dan karbon dioksida (CO2).

Para peneliti juga mengeksplorasi kemungkinan adanya natrium, dan mengamati tanda-tanda kuat dari permukaan awan di atmosfer HAT-P-18 b, yang tampaknya membungkam sinyal dari banyak molekul di dalamnya. Mereka juga menyimpulkan bahwa permukaan bintang ditutupi banyak titik gelap yang secara signifikan dapat mempengaruhi interpretasi data.

Analisis sebelumnya terhadap data yang sama dari Teleskop Luar Angkasa James Webb yang dipimpin oleh tim dari Universitas Johns Hopkins juga mengungkapkan deteksi yang jelas terhadap air dan karbon dioksida, tetapi juga melaporkan deteksi partikel kecil di ketinggian yang disebut aerosol dan menemukan petunjuk adanya metana (CH4). ). Para astronom iREx memberikan gambaran berbeda.

Penemuan CH4 belum dapat dikonfirmasi, dan kelimpahan air yang mereka identifikasi sepuluh kali lebih rendah dibandingkan yang terdeteksi sebelumnya. Mereka juga menemukan bahwa penemuan kabut pada penelitian sebelumnya mungkin disebabkan oleh bintik-bintik bintang di permukaan bintang, sehingga menyoroti pentingnya memperhitungkan bintang dalam analisis.

Bisakah sebuah planet ekstrasurya mendukung kehidupan? Mustahil. Meskipun molekul seperti air, karbon dioksida, dan metana dapat diartikan sebagai tanda biologis, atau tanda kehidupan, dalam proporsi tertentu atau dalam kombinasi dengan molekul lain, suhu terik HAT-P-18 b mendekati 600 derajat. Celsius Hal ini tidak menjadi pertanda baik bagi kelayakhunian planet ini.

Pengamatan di masa depan dari instrumen Teleskop Luar Angkasa James Webb lainnya, Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec), menjanjikan untuk membantu meningkatkan hasil tim, seperti penemuan karbon dioksida, dan menjelaskan lebih banyak kompleksitas planet ekstrasurya Saturnus yang panas ini. .

Referensi: “Spektroskopi transmisi inframerah-dekat HAT-P-18 b dengan NIRIS: mendekonstruksi fitur planet dan bintang di era JWST” oleh Marilou Fournier Tondreau, Ryan J. MacDonald, Michael Radica, David Lafrenière, Louis Wilbanks, Carolyn Piolette, Louis Philippe Coulombe, Romain Allart, Kim Morel, Etienne Artigao, Loic Albert, Olivia Lim, Rene Doyon, Björn Beneke, Jason F. Roux, Antoine Darvaux-Bernier, Nicholas B. Cowan, Nicole K. Lewis, Neil James Cook, Laura Flagg, Frédéric Genest, Stephane Pelletier, Doug Johnston, Lisa Dang, Lisa Kaltenegger, Jake Taylor dan Jake D. Turner, 9 Desember 2023, Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/manras/stad3813