استخدم علماء الفلك تلسكوب ويب JWST (تلسكوب ويب) لدراسة الغلاف الجوي للكوكب الخارجي HAT-P-18b، حيث اكتشفوا بخار الماء وثاني أكسيد الكربون، مع تسليط الضوء على تأثير خصائص النجم المضيف على تحليل البيانات. بقيادة باحثين في معهد تروتييه للكواكب الخارجية (iREx) التابع لجامعة مونتريال، قام فريق من علماء الفلك بتسخير قوة تلسكوب جيمس ويب الفضائي الثوري (JWST) لدراسة الكوكب الخارجي "زحل الساخن" HAT-P-18b.
ترسم نتائجهم، التي نُشرت الشهر الماضي في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، صورة كاملة للغلاف الجوي لـ HAT-P-18b أثناء استكشاف التحدي الكبير المتمثل في التمييز بين توقيعه الجوي ونشاطه النجمي.
ويقع HAT-P-18b على بعد أكثر من 500 سنة ضوئية، وله كتلة تشبه كتلة زحل، لكنه أقرب في الحجم إلى كوكب المشتري الكبير. لذلك، يتمتع هذا الكوكب الخارجي بغلاف جوي "مضخم" وهو مناسب بشكل خاص للتحليل.
تم التقاط ملاحظات JWST أثناء مرور HAT-P-18b أمام نجمه الشبيه بالشمس. تعتبر هذه اللحظة، المعروفة باسم العبور، أمرًا بالغ الأهمية لاكتشاف الكواكب الخارجية على بعد مئات السنين الضوئية بدقة مذهلة وتحديد خصائصها بشكل أكبر.
لا يلاحظ علماء الفلك الضوء المباشر القادم من الكواكب البعيدة. وبدلاً من ذلك، درسوا كيفية حجب ضوء النجم المركزي وتأثره بالكواكب التي تدور حوله، وبالتالي اضطروا إلى محاولة فصل الإشارة الناتجة عن وجود الكوكب عن الإشارة الناتجة عن خصائص النجم نفسه.
تمامًا مثل شمسنا، فإن سطح النجم ليس موحدًا. وستكون بها بقع داكنة ومناطق مشرقة، مما ينتج إشارات تحاكي خصائص الأجواء الكوكبية. شهدت دراسة حديثة للكوكب الخارجي TRAPPIST-1b ونجمه TRAPPIST-1، بقيادة طالبة الدكتوراه في جامعة UdeM أوليفيا ليم، انفجارًا أو توهجًا على سطح النجم، مما أثر على عمليات الرصد.
في حالة الكوكب HAT-P-18b، التقط ويب الكوكب الخارجي أثناء مروره ببقعة مظلمة على نجمه HAT-P-18. يُعرف هذا بحدث العبور الفوري، وتظهر آثاره بوضوح في البيانات التي جمعتها الدراسة الجديدة. أفاد فريق iREx أيضًا أن هناك العديد من البقع النجمية الأخرى على سطح HAT-P-18 والتي لا تحجبها الكواكب الخارجية.
لتحديد تركيبة الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية بدقة، يجب على الباحثين وضع نموذج لخصائص الغلاف الجوي للكوكب ونجمه في نفس الوقت. وأشاروا في دراستهم إلى أن هذا الاعتبار أمر بالغ الأهمية لرصد الكواكب الخارجية في المستقبل باستخدام تلسكوب ويب لتحقيق إمكاناته الكاملة.
وقالت ماريلو فورنييه توندريو، المؤلفة الرئيسية: "لقد وجدنا أن حساب التلوث النجمي يعني وجود مشاعل وغيوم بدلاً من الضباب، كما أن وفرة بخار الماء المستردة أقل تقريبًا من حيث الحجم". ولذلك، فإن أخذ النجم المضيف للنظام في الاعتبار يحدث فرقًا كبيرًا. في الواقع، هذه هي المرة الأولى التي نميز فيها بوضوح المعالم الضبابية والمرقّطة بالنجوم، وذلك بفضل جهاز التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة وجهاز التحليل الطيفي السلس (NIRISS) الكندي، والذي يحتوي على نطاق أوسع من الأطوال الموجية التي تمتد إلى عالم الضوء المرئي. "
H2O وCO2 والسحب في الجو الحار
بعد نمذجة الكواكب الخارجية والنجوم في نظام HAT-P-18، أجرى علماء الفلك في iREx تحليلاً مفصلاً لتكوين الغلاف الجوي لـ HAT-P-18b. من خلال الكشف عن الضوء في الغلاف الجوي للكوكب الخارجي أثناء مروره عبر نجمه المضيف، اكتشف الباحثون وجود بخار الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2).
اكتشف الباحثون أيضًا احتمال وجود الصوديوم، ولاحظوا علامات قوية على وجود سحب في الغلاف الجوي لـ HAT-P-18b، والتي يبدو أنها تضعف الإشارة الصادرة عن العديد من هذه الجزيئات. وخلصوا أيضًا إلى أن سطح النجم مغطى بالعديد من البقع الداكنة، مما قد يؤثر بشكل خطير على تفسير البيانات.
أظهر تحليل سابق لنفس البيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي بواسطة فريق جونز هوبكنز أيضًا اكتشافات واضحة للماء وثاني أكسيد الكربون، ولكنه أبلغ أيضًا عن اكتشاف جسيمات صغيرة تسمى الجسيمات "الضبابية" في السماء وإيجاد علامات واضحة على وجود الميثان (CH4). يرسم علماء الفلك في iREx صورة مختلفة.
ولم يتم تأكيد اكتشاف CH4، وكانت وفرة المياه التي تم قياسها أقل بعشر مرات مما تم اكتشافه سابقًا. ووجدوا أيضًا أن الضبابية التي شوهدت في الدراسات السابقة يمكن أن تكون ناجمة عن البقع النجمية على سطح النجم، مما يسلط الضوء على أهمية أخذ النجوم في الاعتبار في التحليلات.
هل يمكن للكواكب الخارجية أن تدعم الحياة؟ ليس من المرجح. في حين أن جزيئات مثل الماء وثاني أكسيد الكربون والميثان يمكن تفسيرها على أنها بصمات حيوية أو علامات على الحياة بنسب معينة أو بالاشتراك مع جزيئات أخرى، فإن درجات الحرارة الحارقة لـ HAT-P-18b التي تبلغ حوالي 600 درجة مئوية لا تبشر بالخير بالنسبة لصلاحية الكوكب للسكن.
ومن المتوقع أن تساعد الملاحظات المستقبلية من أداة JWST الأخرى، وهي مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec)، في تحسين نتائج الفريق، مثل الكشف عن ثاني أكسيد الكربون، وتوفير المزيد من المعلومات حول تعقيدات هذا الكوكب الخارجي الحار التابع لكوكب زحل.
المصدر المجمع: ScitechDaily