Astronomowie pracujący na danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble;’a zmierzyli tempo obrotu ekstremalnej egzoplanety obserwując zmienną jasność jej atmosfery. To pierwszy pomiar obrotu masywnej egzoplanety przy wykorzystaniu techniki obrazowania bezpośredniego.
„Uzyskane przez nas wyniki są bardzo ekscytujące,” powiedział Daniel Apai z University of Arizona w Tucson, kierownik zespołu badawczego Hubble. „Udało się opracować unikalną technikę badania atmosfer egzoplanet oraz pomiaru tempa ich rotacji.”
Planeta zwana 2M1207b charakteryzuje się masą czterokrotnie większą od Jowisza przez co określana jest mianem „super-Jowisza”. Owa planeta krąży wokół nieudanej gwiazdy, tzw. brązowego karła w odległości ok. prawie 8 miliardów kilometrów. Dla porównania Jowisz oddalony jest od Słońca o około 770 milionów kilometrów. Brązowy karzeł znany jest jako 2M1207. Cały układ znajduje się 170 lat świetlnych od Ziemi.
Stabilność obrazu, wysoka rozdzielczość i zdolność obrazowania przy wysokim kontraście w HST umożliwiły astronomom precyzyjne zmierzenie zmian jasności planety wraz z jej obrotem. Naukowcy przypisują zmiany jasności złożonemu systemowi chmur w atmosferze planety. Nowe pomiary wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a nie tylko potwierdzają obecność tych chmur ale także potwierdzają, że warstwy chmur są niejednorodne i bezbarwne.
Astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali tą masywną egzoplanetę 10 lat temu za pomocą HST. Obserwacje pozwoliły na stwierdzenie, że jej atmosfera jest wystarczająco gorąca, aby chmury „deszczowe” w jej atmosferze składały się z krzemianów: odparowanej skały, która ochładza się prowadząc do powstania niewielkich ziaren o rozmiarach podobnych do ziaren w dymie tytoniowym. Głębiej w atmosferze formują się krople żelaza, które opadają niczym deszcz po pewnym czasie wyparowując w niższych warstwach atmosfery.
„Tak więc w wyższych warstwach atmosfery padają krople szkła, a w niższych pada żelazo,” mówi Yifan Zhou z University of Arizona, główny autor artykułu naukowego. „Temperatury atmosfery wahają się między 1200 a 1500 stopni Celsjusza.”
Super-Jowisz jest na tyle gorący, że najjaśniej świeci w podczerwieni. Astronomowie wykorzystali kamerę Wide Field Camera 3 do zbadania egzoplanety w zakresie promieniowania podczerwonego co pozwoliło na zbadanie warstw chmur oraz zmierzenie tempa rotacji planety. Sama planeta jest tak gorąca ponieważ jej wiek to zaledwie 10 milionów lat i wciąż ulega ona kontrakcji i ochładzaniu. Dla porównania Jowisz w naszym Układzie Słonecznym ma już 4.5 miliarda lat.
Niemniej jednak planeta nie będzie w stanie utrzymać tak wysokich temperatur. W ciągu następnych kilku miliardów lat ochłodzi się i jej jasność dramatycznie spadnie. Wraz ze spadkiem temperatury chmury składające się z krzemianów i żelaza będą formowały się co raz niżej w atmosferze, aż w końcu przestaną być widoczne.
Zhou wraz z zespołem ustalił także, że super-Jowisz wykonuje jeden pełen obrót wokół własnej osi w ciągu 10 godzin, obracając się w tym samym tempie co Jowisz.
Ów super-Jowisz jest zaledwie 5 do 7 razy mniej masywny od brązowego karła, wokół którego krąży. Dla porównania nasze Słońce jest około 1000 razy masywniejsze od Jowisza. „To ważna wskazówka, że układ 2M1207 powstał zupełnie inaczej niż nasz własny układ planetarny.” tłumaczy Zhou. Planety krążące wokół naszego Słońca powstał w okołogwiezdnym dysku wskutek akrecji. Jednak super-Jowisz i jego towarzysz mogły powstać wskutek kolapsu grawitacyjnego pary osobnych dysków.
„Nasze badania pokazują, że Hubble oraz jego następca – Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będą w stanie tworzyć mapy chmur egzoplanet w oparciu o ilość odbijanego przez nie światła,” mówi Apai. W rzeczy samej, ten super-Jowisz stanowi idealny cel dla teleskopu takiego jak JWST, który zostanie wysłany w przestrzeń kosmiczną w 2018 roku. Webb pomoże astronomom lepiej określić skład atmosfery egzoplanety oraz uzyskać szczegółowe mapy w oparciu o zmiany jasności przy wykorzystaniu nowej techniki zaprezentowanej w obserwacjach przeprowadzonych za pomocą Hubble’a.
Wyniki badań zostały opublikowane 11 lutego 2016 roku w periodyku The Astrophysical Journal.
Więcej informacji:
- artykuł naukowy: http://arxiv.org/abs/1512.02706
Źródło: ApJ / NASA Goddard Space Flight Center