کشف بخار آب در یک سیاره فراخورشیدی سنگی توسط جیمز وب

کشف بخار آب موجود در اتمسفر یک سیاره سنگی داغ توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب، یک پیشرفت بزرگ برای علم سیارات فراخورشیدی است.

به گزارش ایسنا به نقل از ناسا، تلسکوپ فضایی جیمز وب هنگام مطالعه یک سیاره فراخورشیدی سنگی به نام GJ ۴۸۶ b با استفاده از طیف‌نگار فروسرخ نزدیک (NIRSpec) خود سیگنال‌های بخار آب را شناسایی کرده است.

سیاره فراخورشیدی GJ ۴۸۶ b بیش از حد به ستاره خود نزدیک است و در منطقه قابل سکونت منظومه خود قرار ندارد و دمای سطح آن حدود ۸۰۰ درجه فارنهایت (۴۳۰ درجه سانتیگراد) است.

اما این سیاره با وجود گرمای شدید و نزدیکی به ستاره میزبان خود، وجود بخار آب را در خود نشان می‌دهد که همین نشانگر این است که احتمالا این سیاره دارای جو است. با این حال، گروه پژوهش هشدار می‌دهد که این بخار آب ممکن است متعلق به این سیاره نباشد و در عوض روی ستاره و در نقاط خنک ستاره وجود داشته باشد.

سارا موران از دانشگاه آریزونا و نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: ما یک سیگنال را می‌بینیم و تقریباً به طور قطع به دلیل وجود آب است. اما هنوز نمی‌توانیم بگوییم که آیا آن آب بخشی از جو سیاره است یا نه. به این معنی که آیا این سیاره دارای جو است یا اینکه ما یک علامت مبنی بر وجود آب را از ستاره می‌بینیم.

سیاره GJ ۴۸۶ b حدود ۳۰ درصد بزرگ‌تر از زمین است. جرم آن سه برابر زمین است و گرانشی قوی‌تر از زمین دارد. این سیاره مدار خود را به دور ستاره کوتوله قرمز میزبان خود در کمتر از ۱.۵ روز زمینی کامل می‌کند.

در حالی که سیاره فراخورشیدی GJ ۴۸۶ b از مقابل ستاره خود عبور می‌کند، اگر اتمسفر داشته باشد، نور ستاره میزبان آن هنگام عبور آن از مقابل ستاره در حین عبور از میان آن گاز‌ها نیز عبور می‌کند و اثری در آن نور باقی می‌گذارد که اخترشناسان را قادر می‌سازد تا ترکیب آن را با استفاده از روشی به نام طیف‌سنجی انتقالی تعیین کنند.

این گروه پژوهشی دو گذر را مشاهده کردند که هر یک نزدیک به یک ساعت طول کشید. آن‌ها سپس داده‌های به دست آمده را با استفاده از سه روش مجزا بررسی کردند. هر سه مجموعه نتایج، یک طیف عمدتاً مسطح با یک اوج جذاب در کوتاه‌ترین طول موج‌های فروسرخ را نشان دادند.

دانشمندان از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای بررسی انواع مولکول‌ها استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که محتمل‌ترین منبع این سیگنال، وجود بخار آب است.

در حالی که بخار آب ممکن است نشان دهد که GJ ۴۸۶ b دارای جو است، وجود آن در ستاره نیز یک توضیح محتمل است. به طور شگفت انگیزی، بخار آب گاهی اوقات در لکه‌های خورشیدی خودمان نیز یافت می‌شود، زیرا لکه‌های خورشیدی در مقایسه با سایر سطوح ستاره بسیار سرد هستند.

از آنجایی که ستاره میزبان سیاره GJ ۴۸۶ b بسیار آرام‌تر از خورشید است، لکه‌های ستاره‌ای آن ممکن است حتی بخار آب بیشتری در خود داشته باشند، بنابراین می‌تواند پژوهشگران را به اشتباه بیاندازد.

رایان مک‌دونالد از دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان همکار این مطالعه گفت: ما شواهدی مبنی بر عبور سیاره از هیچ نقطه ستاره‌ای در طول گذر مشاهده نکردیم، اما این بدان معنا نیست که نقاط دیگری روی ستاره وجود ندارد و این دقیقاً سناریوی فیزیکی است که این سیگنال آب را در داده‌ها حک می‌کند و می‌تواند شبیه یک جو سیاره‌ای باشد.

دانشمندان خاطرنشان کردند: مشاهدات آینده جیمز وب ممکن است این منظومه را بیشتر به ما بشناساند. یک برنامه آینده از ابزار فروسرخ میانی (MIRI) جیمز وب برای مشاهده سمت روز این سیاره استفاده خواهد کرد. اگر این سیاره اتمسفر نداشته باشد یا فقط اتمسفر نازکی داشته باشد، انتظار می‌رود که گرم‌ترین قسمت روز آن مستقیماً زیر ستاره باشد. با این حال، اگر داغ‌ترین نقطه جابجا شود، نشان دهنده جوی است که می‌تواند گرما را به گردش درآورد.

در نهایت، مشاهدات در طول موج‌های فروسرخ کوتاه‌تر توسط ابزار دیگر جیمز وب نظیر تصویرگر فروسرخ نزدیک و طیف‌نگار بدون شکاف (NIRISS) برای تمایز بین جو سیاره و سناریو‌هایی نظیر لکه‌های خورشیدی مورد نیاز خواهد بود.

اگر وجود جو در GJ ۴۸۶ b تایید شود، اولین جوی خواهد بود که به طور قطع در اطراف یک سیاره فراخورشیدی سنگی شناسایی شده است.