Mainit Na Jupiter

Ano ang Maaaring Malaman ng Mga Astronomo Mula sa Mga Hot Jupiter, ang Nakakapaso na Giant na Mga Planeta ng Galaxy | Agham

Noong 1995, pagkatapos ng maraming taon na pagsisikap, gumawa ng anunsyo ang mga astronomo: Natagpuan nila ang unang planeta na nagpapaligid sa isang mala-araw na bituin sa labas ng ating solar system. Ngunit ang planeta na iyon, 51 Pegasi b, ay nasa isang hindi inaasahang lugar - lumitaw na nasa 4.8 milyong milya lamang ang layo mula sa home star nito at nagawang lumibot sa bituin sa loob lamang ng apat na Earth-day. Ang ating pinakaloob na planeta, ang Mercury, sa pamamagitan ng paghahambing, ay 28.6 milyong milya ang layo mula sa araw sa pinakamalapit na paglapit nito at umiikot nito tuwing 88 araw.

Ano pa, 51 Pegasi b noon malaki - Kalahati ng masa ng Jupiter, na, tulad ng kapwa higanteng gas na Saturn, na umiikot sa malayo sa ating solar system. Para sa kanilang pagsisikap na matuklasan ang planeta, sina Michel Mayor at Didier Queloz ay iginawad sa 2019 Nobel Prize for Physics kasama si James Peebles, isang cosmologist. Binanggit ng komite ng Nobel ang kanilang mga naiambag sa aming pag-unawa sa ebolusyon ng sansinukob at lugar ng Daigdig sa cosmos.

Ang pariralang mainit na Jupiter ay dumating sa pagsasalita upang ilarawan ang mga planeta tulad ng 51 Pegasi b habang higit pa at higit pa ang natuklasan noong 1990s. Ngayon, higit sa dalawang dekada mamaya, alam namin ang isang kabuuang 4,000-plus na mga exoplanet, na may maraming darating, mula sa isang trove ng mga teleskopyo na naghahanap ng planeta sa kalawakan at sa lupa: ang Kepler na ngayon ay wala na; at mga kasalukuyang tulad ng TESS, Gaia, WASP, KELT at marami pa. Ilan lamang sa higit sa 400 ang nakakatugon sa magaspang na kahulugan ng isang mainit na Jupiter - isang planeta na may 10-araw-o-mas mababa na orbit at isang mass na 25 porsyento o mas malaki kaysa sa aming sariling Jupiter. Habang ang mga malalapit at mabibigat na mundo na ito ay kumakatawan sa halos 10 porsyento ng mga exoplanet na napansin ngayon, naisip na ang porsyento lamang ng lahat ng mga planeta ang itinutuos nila.





Gayunpaman, ang mga mainit na Jupiter ay tumayo upang sabihin sa amin ang tungkol sa kung paano bumubuo ang mga planetary system - at kung anong mga uri ng kundisyon ang sanhi ng matinding kinalabasan. Sa isang 2018 na papel sa Taunang Pagrepaso ng Astronomiya at Astrophysics , ang mga astronomo na si Rebekah Dawson ng Pennsylvania State University at John Asher Johnson ng Harvard University ay tumingin sa mga mainit na Jupiter at kung paano sila maaaring nabuo - at kung ano ang ibig sabihin nito sa natitirang mga planeta sa kalawakan. Kilalang Magazine nakipag-usap kay Dawson tungkol sa nakaraan, kasalukuyan at hinaharap ng pangangaso sa planeta, at kung bakit ang mga nakakainit na mainit na Jupiter na ito ay mananatiling mahalaga. Ang pag-uusap na ito ay na-edit para sa haba at kalinawan.

Rebekah Dawson

Astronomer Rebekah Dawson, Pennsylvania State University.(James Provost (CC BY-ND))



Ano ang isang mainit na Jupiter?

Ang isang mainit na Jupiter ay isang planeta na nasa paligid ng masa at laki ng Jupiter. Ngunit sa halip na malayo sa araw tulad ng ating sariling Jupiter, napakalapit sa bituin nito. Ang eksaktong kahulugan ay magkakaiba, ngunit para sa hangarin ng Taunang Pagsusuri artikulong sinabi namin na ito ay isang Jupiter sa loob ng tungkol sa 0.1 mga yunit ng astronomiya ng bituin nito. Ang isang yunit ng astronomiya ay ang distansya sa pagitan ng Daigdig at araw, kaya't halos 10 beses na mas malapit sa bituin nito - o mas mababa - kaysa sa Earth sa araw.

Ano ang ginagawa ng pagiging malapit sa kanilang bituin sa mga planeta na ito?



Ito ay isang nakawiwiling at pinagtatalunang tanong. Ang isang pulutong ng mga mainit na Jupiter na ito ay mas malaki kaysa sa ating sariling Jupiter, na madalas na maiugnay sa radiation mula sa pagpainit ng bituin at pagpapalawak ng kanilang mga layer ng gas.

Maaari itong magkaroon ng ilang mga epekto sa nakikita rin natin sa kapaligiran. Ang mga planeta na ito ay naka-lock nang maayos, upang ang parehong panig ay palaging nakaharap sa bituin, at nakasalalay sa kung gaano ang init ay muling naipamahagi, ang dayid ay maaaring maging mas mainit kaysa sa nightide.

Ang ilang mga maiinit na Jupiter ay may katibayan ng hydrogen gas na tumatakas mula sa kanilang mga atmospheres, at ang ilang partikular na mainit na Jupiters ay nagpapakita ng isang thermal inversion sa kanilang kapaligiran - kung saan tumataas ang temperatura sa taas. Sa ganitong mataas na temperatura, ang mga molekula tulad ng singaw ng tubig at titanium oxide at mga metal tulad ng sodium at potassium sa gas phase ay maaaring magkaroon ng kapaligiran.

I-preview ang thumbnail para sa

Ang Nawala na Mga Planeta: Peter van de Kamp at ang Vanishing Exoplanets sa paligid ng Star ni Barnard (The MIT Press)

Sa pagitan ng 2009 at 2018, ang Kepler space teleskopyo ng NASA ay natuklasan ang libu-libong mga planeta. Ngunit ang mga exoplanet na ― planeta sa labas ng solar system ― ay lumitaw sa science fiction bago sila lumitaw sa mga teleskopyo. Ang mga astronomo sa unang mga dekada ng ikadalawampu siglo ay ginugol ang buong karera sa paghahanap ng mga planeta sa iba pang mga stellar system. Sa Ang Nawala na Mga Planeta , Nag-aalok si John Wenz ng isang account ng nagpasimulang astronomo na si Peter van de Kamp, na isa sa mga unang nag-angkin ng pagtuklas ng mga exoplanet.

Bumili

Ano ang maaaring ipaliwanag kung paano ang isang planeta ay nagtatapos ng napakalapit sa bituin nito?

Mayroong tatlong mga kategorya ng mga modelo na naisip ng mga tao. Ang isa ay marahil ang mga planong ito ay bumubuo malapit sa kanilang mga bituin upang magsimula. Orihinal, ang mga uri ng tao ay naibasura ito. Ngunit kamakailan lamang, ang mga astronomo ay medyo sineseryoso ang teoryang ito dahil mas maraming pag-aaral at simulation ang nagpakita ng mga kundisyon kung saan ito maaaring mangyari.

Ang isa pang paliwanag ay na sa panahon ng yugto kung kailan bumubuo ang system ng planetary mula sa isang disk ng gas at alikabok, ang Jupiter ay hinila palapit sa bituin nito.

Ang huling paliwanag ay ang Jupiter ay maaaring nagsimula nang malayo sa bituin at pagkatapos ay napunta sa isang elliptical orbit - marahil sa pamamagitan ng mga pakikipag-ugnay na gravitational sa iba pang mga katawan sa system - kaya't napasa ito malapit sa host star. Napalapit ito na ang bituin ay maaaring itaas ang malakas na pagtaas ng tubig sa Jupiter, tulad ng pagtaas ng tubig sa buwan sa Earth. Maaari itong pag-urong at paikot-ikot ang orbit nito upang magtapos ito malapit sa bituin, sa posisyon na sinusunod namin.

Mainit na Teorya ng Jupiter

Iminungkahi ng mga siyentista ang tatlong paraan na maaaring mabuo ang mga mainit na Jupiter. Sa isa, ang mga higanteng gas ay nabuo sa lugar. Sa ibang dalawa, ang mga higante ay nagmula sa mas malayong mga orbit, ngunit ang mga pangyayaring unti-unting inilalapit sila.(Kilalang Magazine)

Mayroon bang mga bagay na nakikita natin sa mga planetary system na mayroong mga mainit na Jupiter na wala ang ibang mga system?

Mayroong ilang mga trend. Ang isa ay ang pinaka-mainit na Jupiter ay walang iba pang maliliit na planeta sa malapit, na kaibahan sa iba pang mga uri ng mga planetary system na nakikita natin. Kung nakakakita tayo ng isang maliit na mainit na planeta, o kung nakakita tayo ng isang higanteng gas na medyo mas malayo sa bituin nito, madalas na may iba pang mga planeta sa malapit. Kaya't ang mga maiinit na Jupiter ay espesyal sa sobrang pag-iisa.

Ang kalakaran sa kalungkutan ay nauugnay sa kung gaano kainit na nabuo ang mga Jupiter na malapit sa kanilang mga bituin. Sa senaryo kung saan napunta ang planeta sa isang elliptical orbit na lumiliit at nagpapalipat-lipat, malamang na mapupuksa ang anumang maliliit na planeta sa daan. Sinabi na, mayroong ilang mga sistema kung saan ang isang mainit na Jupiter ay mayroong isang maliit na planeta sa malapit. Sa mga iyon, hindi ito magandang paliwanag.

Ang mga planetary system na may maiinit na Jupiter ay madalas na may iba pang mga higanteng planeta sa system na mas malayo - sa kabila ng kung nasaan ang Earth, karaniwang. Marahil, kung ang mga mainit na Jupiter ay nagmula sa mataas na sira-sira na mga orbit, ang mga malalayong planeta na iyon ay responsable para sa kapanapanabik na kanilang pagsisimula ng mga sira-sira. O maaaring may mga responsableng planeta na naalis mula sa system sa proseso, kaya't hindi namin kinakailangang makita pa rin ito sa system.

Ang isa pang malaking kalakaran ay ang mainit na Jupiters ay may posibilidad na maging sa paligid ng mga bituin na mas mayaman sa metal. Ang mga astronomo ay tumutukoy sa mga metal bilang anumang sangkap na mas mabigat kaysa sa hydrogen o helium. Mayroong higit pang bakal at iba pang mga elemento sa bituin, at sa palagay namin ay maaaring makaapekto ito sa disk ng gas at alikabok na nabuo ng mga planeta. Mayroong higit pang mga solido na magagamit, at maaaring mapabilis ang pagbuo ng mga higanteng planeta sa pamamagitan ng pagbibigay ng materyal para sa kanilang mga core, na kung saan ay makakaipon ng gas at magiging mga higanteng gas.

Ang pagkakaroon ng mas maraming mga metal sa system ay maaaring paganahin ang paglikha ng maraming mga higanteng mga planeta. Maaaring maging sanhi iyon ng uri ng pakikipag-ugnay sa gravitational na ilalagay ang mainit na Jupiter sa isang mataas na orbit ng eccentricity.

Ang mga Hot Jupiter tulad ng 51 Pegasi b ay ang unang uri ng planeta na natuklasan sa paligid ng mga bituin na parang araw. Ano ang humantong sa kanilang pagtuklas?

Ito ay naganap matapos magsimulang gumamit ang mga astronomo ng diskarteng tinatawag na radial velocity na pamamaraan upang maghanap ng mga planong extrasolar. Inaasahan nilang makahanap ng mga analog sa aming sariling Jupiter, dahil ang mga higanteng planeta na tulad nito ay makakagawa ng pinakamalaking signal. Ito ay isang napakasayang sorpresa upang makahanap ng mga maiinit na Jupiter, na gumagawa ng isang mas malaking signal pa, sa isang mas maikli na timecale. Ito ay isang nakakagulat ngunit fortuitous na pagtuklas.

Maaari mo bang ipaliwanag ang radial velocity na pamamaraan?

Nakita nito ang paggalaw ng host star dahil sa planeta. Madalas naming naiisip ang mga bituin na nakaupo at may isang planeta na umiikot sa paligid nito. Ngunit ang bituin ay talagang gumagawa ng sarili nitong maliit na orbit sa paligid ng gitna ng masa sa pagitan ng dalawang mga bagay, at iyon ang nakita ng pamamaraan ng bilis ng radial. Mas partikular, nakita nito ang paglilipat ng doppler ng ilaw ng bituin habang pumupunta sa orbit nito at gumalaw patungo o malayo sa amin.

Ang isa sa iba pang mga karaniwang paraan upang makahanap ng mga planeta ay ang paraan ng pagbiyahe, na hinahanap ang pagdilim ng ilaw ng isang bituin dahil sa isang planong dumadaan sa harap nito. Mas madaling makahanap ng mga maiinit na Jupiter kaysa sa mas maliit na mga planeta sa ganitong paraan dahil hinaharangan nila ang higit na ilaw ng bituin. At kung malapit sila sa bituin mas madalas silang nagbibiyahe sa isang naibigay na tagal ng panahon, kaya mas malamang na makita natin sila.

Noong dekada 1990, marami sa mga exoplanet na astronomo ang natuklasan na mainit na Jupiters. Simula noon, nakakita kami ng higit pa at iba't ibang mga uri ng mga planeta - ang mga maiinit na Jupiter ay medyo bihira kumpara sa mga mundo na kasing laki ng Neptune at super-Earths. Bakit mahalaga pa ring hanapin at pag-aralan ang mga ito?

Ang isang malaking pagganyak ay ang katotohanang nandoon sila at hindi sila hinulaan mula sa aming mga teorya kung paano nabubuo at nagbabago ang mga sistemang planetary, kaya dapat mayroong ilang mga pangunahing piraso na nawawala sa mga teoryang iyon.

Ang mga nawawalang sangkap na marahil ay nakakaapekto sa maraming mga system ng planetary kahit na ang resulta ay hindi isang mainit na Jupiter - isang mainit na Jupiter, sa palagay namin, marahil ay isang matinding kinalabasan. Kung wala kaming teorya na maaaring gumawa ng mainit na mga Jupiter man, marahil ay nawawala tayo sa mahahalagang proseso.

Ang isang kapaki-pakinabang na bagay tungkol sa mainit na Jupiters ay mas madali silang tuklasin at makilala ang paggamit ng mga paglipat at bilis ng radial, at maaari nating tingnan ang pagbiyahe sa iba't ibang mga haba ng daluyong upang subukang pag-aralan ang kapaligiran. Ang mga ito ay talagang kapaki-pakinabang na mga bintana sa paglalarawan ng planeta.

Ang mga Hot Jupiters ay parating magiging mga planeta na maaari nating suriing mas detalyado. Kaya't kahit na ang mga tao ay hindi kinakailangang nasasabik tungkol sa pagtuklas ng isang bagong mainit na Jupiter, ang pagdaragdag ng sample ay nagbibigay-daan sa amin na mangalap ng maraming mga detalye tungkol sa kanilang mga orbit, komposisyon, laki o kung ano ang hitsura ng natitirang kanilang planetary system, upang subukang subukan mga teorya ng kanilang pinagmulan. Kaugnay nito, tinuturo nila sa amin ang tungkol sa mga proseso na nakakaapekto sa lahat ng uri ng mga planetary system.

Anong mga katanungan ang maaari nating sagutin tungkol sa mga mainit na Jupiter habang lumalabas ang mga susunod na henerasyon na obserbatoryo, tulad ng James Webb Space Teleskopyo at mas malalaking teleskopyo na batay sa lupa?

Sa James Webb, ang pag-asa ay magagawang makilala ang isang malaking bilang ng mga hot Jupiters 'na katangian ng atmospera, at maaaring matulungan kaming subukan ito kung saan nabuo at kung ano ang gusto ng mga kondisyon sa pagbuo. At ang aking pag-unawa ay ang James Webb ay maaaring mag-aral ng mainit na Jupiters nang napakabilis, kaya't makakakuha ito ng isang malaking sample ng mga ito at makakatulong sa istatistika na subukan ang ilan sa mga katanungang ito.

Ang misyon ng Gaia ay magiging kapaki-pakinabang para sa pagkilala sa panlabas na bahagi ng kanilang mga planetary system at sa partikular ay makakatulong sa amin na sukatin kung ang napakalaking at malayong mga planeta ay nasa parehong eroplano bilang isang lumilipas na mainit na Jupiter; magkakaibang mga teorya ang hinuhulaan nang magkakaiba sa kung ganoon dapat ang kaso. Napaka-espesyal ng Gaia sa kakayahang magbigay sa amin ng tatlong-dimensional na impormasyon, kung karaniwang mayroon kaming dalawang-dimensional na pagtingin lamang sa planetary system.

Ang TESS [ang Transiting Exoplanet Survey Satellite space teleskopyo] ay nangyayari ngayon - at ang mga natuklasan nito ay nasa paligid ng talagang maliwanag na mga bituin, kaya't posible na pag-aralan ang buong sistema na mayroong isang mainit na Jupiter gamit ang radial velocity na pamamaraan upang mas mahusay na makilala ang pangkalahatang arkitektura ng planetary system. Ang pag-alam kung ano ang mas malayo ay makakatulong sa amin na subukan ang ilan sa mga ideya tungkol sa mainit na pinagmulan ng Jupiter.

Ang TESS at iba pang mga survey ay mayroon ding mas maraming mga batang bituin sa sample. Maaari nating makita kung ano ang rate ng paglitaw at mga pag-aari ng mga mainit na Jupiter na malapit sa nabuo. Iyon din, makakatulong sa amin na makilala ang pagitan ng iba't ibang mga sitwasyon sa pagbuo.

Mga dayuhan silang mundo sa atin, ngunit ano ang masasabi sa atin ng mga mainit na Jupiter tungkol sa mga pinagmulan ng ating sariling solar system? Sa mga araw na ito, maraming mga misyon ang nakatuon sa mga planong kasing laki ng Earth.

Ano ang pinagsisikapan pa rin nating makita ay: Nasaan ang ating solar system sa isang mas malaking larawan kung paano nabubuo at nagbabago ang mga planetary system, at ano ang gumagawa ng pagkakaiba-iba ng mga planetary system na nakikita natin? Nais naming bumuo ng isang kumpletong blueprint na maaaring ipaliwanag ang lahat mula sa ating solar system, sa isang system na may mainit na Jupiters, sa isang system na mas tipikal ng nahanap [ng retiradong teleskopyo sa espasyo] na Kepler, na kung saan ay compact, flat system ng isang bungkos ng super-Earths.

kailan nabuo ang ilog mississopio

Wala pa rin kaming mahusay na paliwanag kung bakit walang mainit na Jupiter ang aming solar system at ginagawa ng iba pang mga solar system. Gusto namin ng ilang malawak na teorya na maaaring ipaliwanag ang lahat ng mga uri ng mga planetary system na aming napagmasdan. Sa pamamagitan ng pagkilala ng mga nawawalang proseso o pisika sa aming mga modelo ng pagbuo ng planeta na nagpapahintulot sa amin na account para sa mga maiinit na Jupiter, nabubuo namin ang mas malaking larawan.

Mayroon ka bang ibang mga saloobin?

Ang isang bagay na maaari kong idagdag ay iyon, habang pinagsama namin ang lahat ng mga katibayan para sa aming pagsusuri, nalaman namin na wala sa mga teorya ang maaaring ipaliwanag ang lahat. At ito ay nag-uudyok sa amin upang maniwala na marahil maraming mga paraan upang makagawa ng isang mainit na Jupiter - kaya't higit na mahalaga na pag-aralan ang mga ito.

Alam Kilalang Magazine ay isang independiyenteng pagsusumikap sa pamamahayag mula sa Taunang Mga Review.




^