برای اولین بار ، ستاره شناسان آهن و تیتانیوم را در جو سیاره ای خارج از منظومه شمسی پیدا کردند. سیاره فراخورشیدی با نام KELT-9b داغترین جهان بیگانه است که تا کنون کشف شده است. این سیاره آنقدر سوزان است که حتی از بیشتر ستارگان گرمتر است.
این سیاره فراخورشیدی که در فاصله 620 سال نوری از زمین در صورت فلکی Cygnus قرار دارد ، چیزی است که ستاره شناسان آن را "مشتری فوق العاده" می نامند. KELT-9b یک جهان عظیم گازی مانند مشتری ، بزرگترین سیاره منظومه شمسی است. اما بسیار بزرگتر است-جرم آن سه برابر و قطر آن دو برابر مشتری است-و به دور ستاره نزدیک خود ، KELT-9 ، می چرخد.
"Ultrahot Jupiter" یک اصطلاح غیر رسمی برای یک سیاره فراخورشیدی داغ با دمای بیش از 3100 درجه فارنهایت (1700 درجه سانتیگراد) است. کوین هنگ ، اخترفیزیکدان دانشگاه برن در سوئیس که در این مطالعه شرکت کرده است ، به Space.com گفت: "آنها آنقدر داغ هستند که حتی با وجود سیاره شباهت زیادی به ستاره دارند." KELT-9b می تواند تا دمای 7،800 درجه فارنهایت (4،300 درجه سانتی گراد) برسد. [گالری: عجیب ترین سیارات بیگانه]
این رکورد شکنی باعث شد ستاره شناسان بتوانند آهن و تیتانیوم را در جو KELT-9b تشخیص دهند. در حالی که مدتهاست محققان مشکوک هستند که این عناصر در برخی از سیارات فراخورشیدی وجود دارند - آهن یکی از فراوان ترین عناصر در جهان است - تشخیص آنها در محیط های سردتر دشوار است زیرا اتمها عمدتا "در مولکولهای دیگر به دام افتاده اند." با این حال ، KELT-9b آنقدر داغ است که ابرها در جو آن متراکم نمی شوند و به اتم های جداگانه آهن و سایر فلزات اجازه می دهد تا به تنهایی پرواز کنند.
تیتانیوم قبلاً در جو یک سیاره فراخورشیدی مشاهده شده بود - اما نه به شکل اتمی آن. در سپتامبر 2017 ، ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل اعلام کردند که دی اکسید تیتانیوم (مولکول های متشکل از یک اتم تیتانیوم و دو اتم اکسیژن) را در اتمسفر سیاره فراخورشیدی به نام Kepler-13A یافته اند.
ستاره شناسان می توانند عناصر مختلف را با مشاهده طیف نوری که از یک جسم در فضا می آید ، تشخیص دهند. از آنجا که سیاره فراخورشیدی نور خود را ساطع نمی کند ، هنگ و تیم محققانش به بررسی داده های تلسکوپ جمع آوری شده در حین حرکت خورشیدی پرداختند ، هنگامی که سیاره فراخورشیدی مستقیما از جلوی ستاره خود عبور می کرد.
به راحتی ، داده ها قبل از اینکه Heng و همکارانش تصمیم بگیرند که به این مطالعه بپردازند ، وجود داشته است. بعد از اینکه همکارانش در دانشگاه ژنو از این داده های طیفی برای جستجوی هیدروژن در جو KELT-9b استفاده کردند ، "آنها در واقع داده ها را در کشو نگه داشتند زیرا هیچ دلیلی برای جستجوی آهن یا تیتانیوم وجود نداشت." "سپس ، چند ماه پیش ، ما یک مطالعه نظری انجام دادیم ، که پیش بینی می کرد آهن و تیتانیوم در آنجا وجود دارد و این انگیزه را برای جستجو ایجاد می کند."
با استفاده از داده های قدیمی یکساله تلسکوپ ملی گالیله در لا پالما ، اسپانیا ، محققان شکار فلزات را در طیف نوری که در جو KELT-9b در طول 4 ساعت طول می کشید ، آغاز کردند. این داده ها با استفاده از دستگاه طیف سنجی به نام HARPS ، جستجوگر سیاره سرعت شعاعی با دقت بالا جمع آوری شد.
هنگ می گوید: "وقتی نور را به طیف تقسیم می کنید ، اتم ها یا مولکول های مختلف دارای اثر انگشت هستند." با توجه به وضوح کافی ، با توجه به داده های خوب ، هر مولکول یک اثر انگشت منحصر به فرد دارد. " یافتن اثر انگشت آهن و تیتانیوم-عناصری که هنگ و تیمش قبلاً مظنون بودند که در جو KELT-9b وجود دارند-مستلزم "ترکیبی از دانش محاسباتی با عملکرد بالا ، مراقبت دقیق از پایگاه های داده طیف سنجی و توجه دقیق به جزئیات است. "هنگ در یک پست وبلاگ در Nature.com نوشت.
هنگ در پست وبلاگ خود نوشت: "تیم هنگ" از سیمون گریم ، اخترفیزیکدان دانشگاه برن کمک گرفت "که (در میان چیزهای دیگر) متخصص در محاسبه کدورت اتم ها و مولکول ها است." "محاسبه این کدورت ها بی اهمیت نیست ، زیرا لازم است نقاط قوت و شکل میلیون ها تا میلیاردها خط طیفی را ارزیابی کنیم."
مطالعات قبلی که به بررسی هیدروژن در جو KELT-9b پرداخته بودند ، توانستند یک خط جذب قوی هیدروژن را در طیف بدون انجام تجزیه و تحلیل پیچیدگی پیچیده تری مانند Heng و تیمش برای یافتن آهن و تیتانیوم انجام دهند. هنگ نوشت: ستاره شناسانی که داده ها را برای جستجوی هیدروژن جمع آوری کردند "فاقد انگیزه نظری برای انجام جستجوی جدی برای فلزاتی مانند آهن بودند."
مطالعه دیگری که در 2 ژوئیه در مجله Nature Astronomy منتشر شد ، نشان داد که هیدروژن در واقع از جو KELT-9b "در حال جوشیدن" است و در ستاره مادر سیاره مکیده می شود. فی یان ، ستاره شناس موسسه نجوم ماکس پلانک و نویسنده اصلی مطالعه ، در یک ایمیل به Space.com گفت.
در حالی که آهن و تیتانیوم موجود در اتمسفر KELT-9b یک کشف بزرگ بود ، هنگ به اسپیس دات کام گفت که "خود این تکنیک نیز واقعاً هیجان انگیز است". هنگ گفت: "این همان تکنیکی است که ما برای تشخیص امضای زیست شناسی یا امضای زیستی استفاده خواهیم کرد." "روی زمین ، ما فکر می کنیم این اکسیژن و چند مولکول مبهم دیگر است ، اما نمی دانیم به طور کلی امضای زیستی چیست. اگر می دانستید آنها چه هستند ... می توانید دقیقاً از همین تکنیک برای تشخیص این مولکول ها در سیارات سردتر و کوچکتر استفاده کنید. . "
برای اولین بار ، ستاره شناسان آهن و تیتانیوم را در جو سیاره ای خارج از منظومه شمسی پیدا کردند. سیاره فراخورشیدی با نام KELT-9b داغترین جهان بیگانه است که تا کنون کشف شده است. این سیاره آنقدر سوزان است که حتی از بیشتر ستارگان گرمتر است.
این سیاره فراخورشیدی که در فاصله 620 سال نوری از زمین در صورت فلکی Cygnus قرار دارد ، چیزی است که ستاره شناسان آن را "مشتری فوق العاده" می نامند. KELT-9b یک جهان عظیم گازی مانند مشتری ، بزرگترین سیاره منظومه شمسی است. اما بسیار بزرگتر است-جرم آن سه برابر و قطر آن دو برابر مشتری است-و به دور ستاره نزدیک خود ، KELT-9 ، می چرخد.
"Ultrahot Jupiter" یک اصطلاح غیر رسمی برای یک سیاره فراخورشیدی داغ با دمای بیش از 3100 درجه فارنهایت (1700 درجه سانتیگراد) است. کوین هنگ ، اخترفیزیکدان دانشگاه برن در سوئیس که در این مطالعه شرکت کرده است ، به Space.com گفت: "آنها آنقدر داغ هستند که حتی با وجود سیاره شباهت زیادی به ستاره دارند." KELT-9b می تواند تا دمای 7،800 درجه فارنهایت (4،300 درجه سانتی گراد) برسد. [گالری: عجیب ترین سیارات بیگانه]
برداشت هنرمند از سیاره فراخورشیدی KELT-9b که به دور ستاره میزبان خود می چرخد به طوری که دیسک این ستاره 70 برابر بزرگتر از خورشید ما در آسمان به نظر می رسد.
این رکورد شکنی باعث شد ستاره شناسان بتوانند آهن و تیتانیوم را در جو KELT-9b تشخیص دهند. در حالی که مدتهاست محققان مشکوک هستند که این عناصر در برخی از سیارات فراخورشیدی وجود دارند - آهن یکی از فراوان ترین عناصر در جهان است - تشخیص آنها در محیط های سردتر دشوار است زیرا اتمها عمدتا "در مولکولهای دیگر به دام افتاده اند." با این حال ، KELT-9b آنقدر داغ است که ابرها در جو آن متراکم نمی شوند و به اتم های جداگانه آهن و سایر فلزات اجازه می دهد تا به تنهایی پرواز کنند.
تیتانیوم قبلاً در جو یک سیاره فراخورشیدی مشاهده شده بود - اما نه به شکل اتمی آن. در سپتامبر 2017 ، ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل اعلام کردند که دی اکسید تیتانیوم (مولکول های متشکل از یک اتم تیتانیوم و دو اتم اکسیژن) را در اتمسفر سیاره فراخورشیدی به نام Kepler-13A یافته اند.
ستاره شناسان می توانند عناصر مختلف را با مشاهده طیف نوری که از یک جسم در فضا می آید ، تشخیص دهند. از آنجا که سیاره فراخورشیدی نور خود را ساطع نمی کند ، هنگ و تیم محققانش به بررسی داده های تلسکوپ جمع آوری شده در حین حرکت خورشیدی پرداختند ، هنگامی که سیاره فراخورشیدی مستقیما از جلوی ستاره خود عبور می کرد.
به راحتی ، داده ها قبل از اینکه Heng و همکارانش تصمیم بگیرند که به این مطالعه بپردازند ، وجود داشته است. بعد از اینکه همکارانش در دانشگاه ژنو از این داده های طیفی برای جستجوی هیدروژن در جو KELT-9b استفاده کردند ، "آنها در واقع داده ها را در کشو نگه داشتند زیرا هیچ دلیلی برای جستجوی آهن یا تیتانیوم وجود نداشت." "سپس ، چند ماه پیش ، ما یک مطالعه نظری انجام دادیم ، که پیش بینی می کرد آهن و تیتانیوم در آنجا وجود دارد و این انگیزه را برای جستجو ایجاد می کند."
با استفاده از داده های قدیمی یکساله تلسکوپ ملی گالیله در لا پالما ، اسپانیا ، محققان شکار فلزات را در طیف نوری که در جو KELT-9b در طول 4 ساعت طول می کشید ، آغاز کردند. این داده ها با استفاده از دستگاه طیف سنجی به نام HARPS ، جستجوگر سیاره سرعت شعاعی با دقت بالا جمع آوری شد.
هنگ می گوید: "وقتی نور را به طیف تقسیم می کنید ، اتم ها یا مولکول های مختلف دارای اثر انگشت هستند." با توجه به وضوح کافی ، با توجه به داده های خوب ، هر مولکول یک اثر انگشت منحصر به فرد دارد. " یافتن اثر انگشت آهن و تیتانیوم-عناصری که هنگ و تیمش قبلاً مظنون بودند که در جو KELT-9b وجود دارند-مستلزم "ترکیبی از دانش محاسباتی با عملکرد بالا ، مراقبت دقیق از پایگاه های داده طیف سنجی و توجه دقیق به جزئیات است. "هنگ در یک پست وبلاگ در Nature.com نوشت.
هنگ در پست وبلاگ خود نوشت: "تیم هنگ" از سیمون گریم ، اخترفیزیکدان دانشگاه برن کمک گرفت "که (در میان چیزهای دیگر) متخصص در محاسبه کدورت اتم ها و مولکول ها است." "محاسبه این کدورت ها بی اهمیت نیست ، زیرا لازم است نقاط قوت و شکل میلیون ها تا میلیاردها خط طیفی را ارزیابی کنیم."
مطالعات قبلی که به بررسی هیدروژن در جو KELT-9b پرداخته بودند ، توانستند یک خط جذب قوی هیدروژن را در طیف بدون انجام تجزیه و تحلیل پیچیدگی پیچیده تری مانند Heng و تیمش برای یافتن آهن و تیتانیوم انجام دهند. هنگ نوشت: ستاره شناسانی که داده ها را برای جستجوی هیدروژن جمع آوری کردند "فاقد انگیزه نظری برای انجام جستجوی جدی برای فلزاتی مانند آهن بودند."
مطالعه دیگری که در 2 ژوئیه در مجله Nature Astronomy منتشر شد ، نشان داد که هیدروژن در واقع از جو KELT-9b "در حال جوشیدن" است و در ستاره مادر سیاره مکیده می شود. فی یان ، ستاره شناس موسسه نجوم ماکس پلانک و نویسنده اصلی مطالعه ، در یک ایمیل به Space.com گفت.
در حالی که آهن و تیتانیوم موجود در اتمسفر KELT-9b یک کشف بزرگ بود ، هنگ به اسپیس دات کام گفت که "خود این تکنیک نیز واقعاً هیجان انگیز است". هنگ گفت: "این همان تکنیکی است که ما برای تشخیص امضای زیست شناسی یا امضای زیستی استفاده خواهیم کرد." "روی زمین ، ما فکر می کنیم این اکسیژن و چند مولکول مبهم دیگر است ، اما نمی دانیم به طور کلی امضای زیستی چیست. اگر می دانستید آنها چه هستند ... می توانید دقیقاً از همین تکنیک برای تشخیص این مولکول ها در سیارات سردتر و کوچکتر استفاده کنید. . "
بعید است که ستاره شناسان هیچ نشانه ای از زندگی در این سیاره جهنمی پیدا کنند ، اما هنگ و تیمش عناصر جالب دیگری را در طیف های KELT-9b پیدا کرده اند. وی گفت: "من نمی خواهم چیز زیادی را فاش کنم ، اما فلزات دیگری پیدا کرده ایم." ما همچنین در تلاش هستیم تا به تلسکوپ فضایی هابل نیز زمان دهیم تا بتواند آب را جستجو کند. " وی گفت: هدف این است که در نهایت "یک فهرست شیمیایی کامل از کره زمین" تهیه شود. هابل همچنین می تواند اطلاعاتی در مورد آب و هوا در KELT-9b ارائه دهد. وی گفت: "باید طوفان های شدیدی در این سیاره رخ دهد."