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JWST对WASP-39b的“卓越”研究开启了系外行星探索的新时代

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利用詹姆斯·韦伯太空望远镜对一颗系外行星的大气层进行研究,发现了新的分子和云结构.

在五篇论文的一系列研究中, 包括云顶国际登录官网的研究人员在内的一个大型国际团队已经证明了 詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)用于研究系外行星.

JWST提供的细节级别是革命性的. 想到我们只是处在JWST时代的黎明,这是令人难以置信的兴奋. James Kirk博士

该望远镜被用来调查系外行星WASP-39b的大气层, 一颗气态巨行星,围绕700光年外的一颗恒星运行. WASP-39b非常“蓬松”——它的半径比木星略大, 但质量还不到一半. 这意味着有很多的氛围供研究人员研究.

詹姆斯韦伯太空望远镜的, 是2021年圣诞节推出的吗, 进行红外天文学,是哈勃太空望远镜的继任者. 它携带了几种类型的传感仪器, 包括近红外光谱仪(NIRSpec), 近红外相机(NIRCam)和近红外成像仪和无缝光谱仪(NIRISS), 哪些被用于新的研究.

WASP-39b的测量是在该行星从其恒星前面经过时进行的, 星光穿过它的大气层,为仪器提供了大量关于大气层化学组成和结构的细节.

大气的见解

2022年8月, 宣布其中一种仪器在WASP-39b的大气中检测到了二氧化碳, 这是首次在系外行星的大气中探测到这种分子. 新数据, 用了一整套的乐器, 还首次在WASP-39b的大气中检测到一氧化碳, 这也是第一次在系外行星大气中探测到二氧化硫.

研究小组发现,二氧化硫是由光化学产生的——星光催化的化学反应. 这是首次在系外行星上探测到光化学副产品. 光化学是地球上生命的基础, 从上层大气中臭氧的产生到植物和藻类的光合作用,再到我们皮肤中维生素D的产生.

解释二氧化硫在地球大气中产生过程的图表
地球大气中二氧化硫的产生. Credits: NASA/JPL-Caltech/Robert Hurt; Center for Astrophysics-Harvard & 史密森学会/梅丽莎·韦斯

鉴别新分子的方法, 在之前发现的水域旁边, 钠和钾, 这也让研究人员得以早期窥探元素的丰度比率, 哪一个比较两种元素的比例.

这些措施, 比如碳氧比和钾氧比, 能否为研究人员提供有关这颗行星在年轻时是如何从母恒星周围的气体和尘埃盘中形成的信息.

研究还揭示了WASP-39b大气中不均匀云层覆盖的证据, 可能与土星和木星上的云类似.

极大地提高了我们的理解能力

这些新论文是由约翰霍普金斯大学的博士生Zafar Rustamkulov领导的, 布里斯托大学的Lili Alderson说, 华威大学的Eva-Maria Ahrer说, 芝加哥大学的Adina Feinstein说, 以及牛津大学的蔡尚敏(Shang-Min Tsai).

云顶国际官方网站 James Kirk博士, 从物理系毕业的, 是NIRSpec PRISM团队的重要成员吗, 使用他自己编写的软件对数据进行独立分析.

四张图显示了仪器的光谱,显示了在火星大气中检测到的原子和分子
望远镜仪器的光谱. 更大的版本和更多的信息可以在 詹姆斯韦伯太空望远镜的网站

该仪器的工作原理是测量恒星亮度随行星从其前方经过的时间变化. 这导致在8小时内约21500次测量. 柯克博士的软件将这些亮度测量与行星模型相匹配,生成光谱,揭示行星大气中存在的原子和分子.

以这种方式, 他是最早得出该行星大气组成结果的人之一. 他说:“当我第一次看到这颗行星的光谱时,我惊呆了. 我就知道我们有一些了不起的东西, 就频谱的结构水平和我们达到的精确度而言.

“JWST提供的细节水平是革命性的. 想到我们只是处在JWST时代的黎明,这是令人难以置信的兴奋.”

NIRSpec PRISM的数据显示钠的明显检测, 水, 二氧化碳和一氧化碳, 暗示了二氧化硫的存在, 这是被其他仪器证实的吗.

这些仪器测量光谱的不同方面,在边缘处有一些重叠, 允许研究人员检查他们是否产生了相同的结果, 这一套仪器证明了什么.

柯克博士补充说:“研究表明,JWST运行得非常好,因此将极大地提高我们对气体巨星和潜在宜居系外行星大气的了解。.”

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顶部图片来源:梅丽莎·韦斯/哈佛天体物理中心| & 史密森学会

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