Молекула «термометр» обнаружена на экзопланете WASP

Jun 21, 2023

Гидрид хрома (CrH), относительно редкая и особенно чувствительная к температуре молекула, по словам астронома Лоры Флэгг, полезен в качестве «термометра для звезд», поскольку его количество встречается только в узком диапазоне между 1200–2000 градусами Кельвина.

Флэгг, научный сотрудник по астрономии в Колледже искусств и наук (A&S), использовал этот и другие гидриды металлов для определения температуры холодных звезд и коричневых карликов. Теоретически, сказала она, гидрид хрома мог бы сделать то же самое с экзопланетами горячего Юпитера, которые по температуре сравнимы с температурой коричневых карликов – если именно эти молекулы присутствуют в атмосферах экзопланет. Предыдущие исследования с низким разрешением намекали, что это так.

Теперь Флэгг и группа исследователей под руководством Корнелла с помощью спектральных наблюдений с высоким разрешением подтвердили присутствие гидрида хрома в атмосфере экзопланеты горячего Юпитера WASP-31b, открыв дверь для использования этого чувствительного к температуре вида молекул в качестве «термометр» для определения температуры и других характеристик экзопланет.

Флэгг — ведущий автор книги «ExoGemS Обнаружение гидрида металла в атмосфере экзопланеты при высоком спектральном разрешении», опубликованной 16 августа в ApJ Letters. Среди соавторов: Рэй Джаявардхана, профессор Ганса А. Бете и профессор астрономии (A&S); Джейк Д. Тернер, научный сотрудник Хаббла в Корнеллском центре астрофизики и планетологии; Райан Дж. Макдональд, ранее научный сотрудник Института Карла Сагана, а теперь научный сотрудник НАСА Сагана в Мичиганском университете; и Адам Лангевелд, постдокторант астрономии (A&S). Флэгг, Тернер и Лангевельд — члены исследовательской группы Джаявардханы.

Гидрид хрома ранее не был подтвержден ни на одной экзопланете, и это знаменует собой первое обнаружение гидрида металла в спектре экзопланеты с высоким разрешением, пишут исследователи.

По словам Флэгга, окончательное обнаружение гидридов металлов в WASP-31b является важным достижением в понимании атмосфер горячих планет-гигантов, хотя это открытие не дает новой информации об отдельной планете. Обнаруженная в 2011 году, WASP-31b вращается вокруг звезды F5 каждые 3,4 дня. Он имеет чрезвычайно низкую плотность даже для планеты-гиганта, и новое исследование подтверждает, что его равновесная температура составляет 1400 Кельвинов – в диапазоне для гидрида хрома.

«Молекулы гидрида хрома очень чувствительны к температуре», — сказал Флэгг. «При более высоких температурах вы видите только хром. А при более низких температурах он превращается в другие вещи. Таким образом, существует только определенный температурный диапазон, от 1200 до 2200 Кельвинов, где гидрид хрома наблюдается в больших количествах».

По словам Флэгга, в нашей Солнечной системе единственное обнаруженное появление этой молекулы — в солнечных пятнах: солнце слишком горячее (около 6000 К на поверхности), а все остальные объекты слишком холодные.

В своем исследовании Флэгг использует спектроскопию высокого разрешения для обнаружения и анализа атмосфер экзопланет, сравнивая общий свет от системы, когда планета находится сбоку от звезды, и когда планета находится перед звездой, блокируя часть света звезды. свет. Определенные элементы блокируют больше света на определенных длинах волн и меньше света на других длинах волн, показывая, какие элементы присутствуют на планете.

«Высокое спектральное разрешение означает, что у нас есть очень точная информация о длине волны», — сказал Флэгг. «Мы можем получить тысячи разных строк. Мы объединяем их, используя различные статистические методы, используя шаблон – примерное представление о том, как выглядит спектр – и сравниваем его с данными и сопоставляем. Если совпадение хорошее, сигнал есть. Мы пробуем все разные шаблоны, и в данном случае шаблон из гидрида хрома подал сигнал».

Хром встречается редко, даже при правильной температуре, поэтому исследователям нужны чувствительные инструменты и телескопы, сказал Флэгг.

Для анализа WASP-31b исследователи использовали спектры высокого разрешения, полученные в результате одного нового наблюдения, проведенного в марте 2022 года в рамках исследования Exoplanets with Gemini Spectrocracy из Маунакеа на Гавайях, используя удаленный доступ Gemini к спектрографу CFHT ESPaDOnS (GRACES). Они дополнили данные GRACES архивными данными, взятыми в 2017 году и не предназначенными для поиска гидридов металлов.