天文学者は、2つの興味深い岩の太陽系外惑星でジェイムズウェッブ望遠鏡の高精度分光器を訓練します

かに座55番星は、太陽のような星からわずか0.015天文単位を周回する、地球の直径のほぼ2倍の直径を持つ岩石の惑星です。 軌道が狭いため、惑星は非常に暑く、日中の気温は華氏4,400度(摂氏約2,400度)に達します。 クレジット:NASA、ESA、CSA、Dani Player(STScI)

ミラーセグメントが美しく位置合わせされ、科学機器が校正されているため、NASAのジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は完全な運用からわずか数週間です。 今年の夏に最初の観測が明らかになった直後に、Webbの詳細な科学が始まります。

初年度に計画された調査の中には、サイズと岩石の組成で「スーパーアース」に分類された2つの太陽系外惑星の研究があります。溶岩で覆われたかに座55番星と空気のないLHS3844bです。 研究者は、銀河全体の惑星の地質学的多様性、および地球のような岩石惑星の進化を理解する目的で、これらの惑星でWebbの高精度スペクトログラフを訓練します。

かに座55番星

かに座55番星は、太陽のような星(水星と太陽の間の距離の25分の1)から150万マイル未満の軌道を回っており、18時間以内に1つの回路を完成させます。 典型的な岩石形成鉱物の融点をはるかに超える表面温度で、惑星の昼側は溶岩の海で覆われていると考えられています。

星の近くを周回する惑星は、片側が常に星に面している状態で、自転と公転していると見なされます。 結果として、地球上で最も暑い場所は、星に最も直接面する場所であるはずであり、日側から来る熱の量は、時間の経過とともにあまり変化しないはずです。

しかし、そうではないようです。 NASAのスピッツァー宇宙望遠鏡からのかに座55番星の観測は、最も高温の領域が星に最も直接面する部分からオフセットされていることを示唆していますが、日側から検出される熱の総量は異なります。

天文学者は、2つの興味深い岩の太陽系外惑星でジェイムズウェッブ望遠鏡の高精度分光器を訓練します

岩だらけの太陽系外惑星LHS3844bとかに座55番星を地球と海王星と比較した図。 クレジット:NASA、ESA、CSA、Dani Player(STScI)

かに座55番星は濃厚な雰囲気ですか?

これらの観測の1つの説明は、惑星が熱を動かす動的な大気を持っているということです。 「かに座55番星は、酸素または窒素が支配的な厚い大気を持っている可能性があります」と、ウェッブの近赤外線カメラ(NIRCam)と中赤外線機器(MIRI)を使用するチームを率いるNASAの南カリフォルニアのジェット推進研究所のRenyuHuは説明しました。 )惑星の昼側の熱放射スペクトルをキャプチャします。 「雰囲気があれば、 [Webb] それを検出し、それが何でできているかを判断するための感度と波長範囲を持っています」とHu氏は付け加えました。

それとも、かに座55番星の夕方に溶岩が雨が降っていますか?

ただし、もう1つの興味深い可能性は、かに座55番星がきちんとロックされていないことです。 代わりに、それは水星のようであり、2つの軌道ごとに3回回転します(3:2共鳴として知られています)。 その結果、惑星は昼夜のサイクルを持つことになります。

「それは、惑星の最も暑い部分がシフトする理由を説明することができました」と、惑星を研究している別のチームを率いるストックホルム大学の研究者であるアレクシスブランデカーは説明しました。 「地球と同じように、地表が熱くなるまでには時間がかかります。その日の最も暑い時間は正午ではなく午後です。」

Brandekerのチームは、NIRCamを使用してこの仮説をテストし、かに座55番星の点灯側から4つの異なる軌道で放出される熱を測定​​することを計画しています。 惑星に3:2の共鳴がある場合、彼らは各半球を2回観察し、半球間の違いを検出できるはずです。

このシナリオでは、表面は日中に熱くなり、溶け、さらには蒸発し、Webbが検出できる非常に薄い大気を形成します。 夕方になると、蒸気は冷えて凝縮し、溶岩の液滴を形成します。溶岩は雨が降って地表に戻り、夜になると再び固まります。

天文学者は、2つの興味深い岩の太陽系外惑星でジェイムズウェッブ望遠鏡の高精度分光器を訓練します

Webbの中赤外線機器によって測定された、高温のスーパーアース系外惑星LHS3844bの可能な熱放射スペクトル。 熱放射スペクトルは、惑星から放出されるさまざまな赤外線波長(色)の光の量を示します。 研究者は、コンピューターモデルを使用して、大気の有無や惑星の表面が何でできているかなど、特定の条件を想定した惑星の熱放射スペクトルがどのようになるかを予測します。 クレジット:NASA、ESA、CSA、Dani Player(STScI)

やや涼しいスーパーアースLHS3844b

かに座55番星は溶岩で覆われた世界のエキゾチックな地質学への洞察を提供しますが、LHS 3844 bは、太陽系外惑星の表面の固い岩を分析するユニークな機会を提供します。

かに座55番星のように、LHS 3844 bはその星に非常に近い軌道を回っており、11時間で1回転を完了します。 しかし、その星は比較的小さくて涼しいので、惑星は表面が溶けるのに十分なほど熱くありません。 さらに、スピッツァーの観測は、惑星が実質的な大気を持っている可能性が非常に低いことを示しています。

LHS 3844 bの表面は何でできていますか?

LHS 3844 bの表面をWebbで直接画像化することはできませんが、不明瞭な雰囲気がないため、分光法で表面を調べることができます。

マックスプランク天文学研究所のローラ・クライトバーグは、「岩の種類が異なれば、スペクトルも異なることがわかります」と説明しています。 「花崗岩は玄武岩よりも色が薄いことが目でわかります。岩が発する赤外線にも同様の違いがあります。」

天文学者は、2つの興味深い岩の太陽系外惑星でジェイムズウェッブ望遠鏡の高精度分光器を訓練します

太陽系外惑星LHS3844bの図。これは、クールな赤色矮星から0.006天文単位を周回する地球の直径の1.3倍の直径を持つ岩石の惑星です。 惑星は暑く、日中の気温は華氏1,000度(摂氏約525度)を超えると計算されています。 クレジット:NASA、ESA、CSA、Dani Player(STScI)

Kreidbergのチームは、MIRIを使用してLHS 3844 bの昼側の熱放射スペクトルをキャプチャし、それを玄武岩や花崗岩などの既知の岩石のスペクトルと比較して、その組成を決定します。 惑星が火山活動をしている場合、スペクトルは微量の火山ガスの存在も明らかにする可能性があります。

これらの観測の重要性は、銀河で確認された5,000を超える太陽系外惑星のうちの2つだけをはるかに超えています。 「彼らは私たちに地球のような惑星一般についての素晴らしい新しい視点を与えてくれ、これらの惑星が今日のように暑かったときの初期の地球がどのようであったかを学ぶのを助けます」とKreidbergは言いました。

かに座55番星とLHS3844bのこれらの観測は、Webbのサイクル1一般観測者プログラムの一部として実施されます。 一般オブザーバープログラムは、ハッブルに時間を割り当てるために使用されたのと同じシステムである、二重匿名レビューシステムを使用して競争的に選択されました。


溶岩かどうか、太陽系外惑星かに座55番星は大気を持っている可能性が高い


宇宙望遠鏡科学研究所提供

引用:天文学者は、https://phys.org/news/2022-05-astronomers-james-webb-telescope-highから2022年5月28日に取得された2つの興味深い岩の外惑星(2022年5月27日)でジェームズウェッブ望遠鏡の高精度分光器を訓練します-precision.html

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