Tau Boötis b - ciekawa egzoplaneta i nowe metody badawcze

W czerwcu w czasopiśmie Nature opublikowano artykuł dotyczący nowej techniki odkrywania planet. Pisaliśmy o tym w artykule "Nowa metoda badania atmosfer egzoplanet".
Orion poprosil dra Gracjana Maciejewskiego z Centrum Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika o odpowiedź na kilka pytań naszych Czytelników:

- Dlaczego atmosfera planety staje się coraz gorętsza wraz ze wzrostem wyskości od powierzchni planety?

Za powstawanie zjawiska inwersji, czyli podgrzewania zewnętrznych warst atmosfer planetarnych, odpowiedzialne jest pochłanianie promieniowania od gwiazdy centralnej.
Wszystko zatem zależy od składu chemicznego atmosfery planety i wynikającego z niego współczynnika pochłaniania światła na różnych długościach fal.

- Czy to jest taka sama inwersja jak na Ziemi między troposferą i startosfera? A czemu właściwie tak się dzieje na Ziemi? I czy taki sam mechanizm działa na innych planetach? Czy tylko tzw. gorące jowisze mają inwersję temperatury, czy może tylko tam umiemy ten efekt stwierdzić?

Mówi sie o dwóch typach gazowych planet. Planety "pM" są bardzo blisko położone a przez to silnie ogrzane przez swoje macierzyste gwiazdy. W ich atmosferach obserwuje się obecność tlenków wanadu i tytanu w fazie gazowej. Są one silnymi absorberentami odpowiedzialnymi za pochłanianie promieniowania z zakresu widzialnego. W przypadku tych planet obserwuje się zjawisko inwersji temperatury.
Z kolei planety typu "pL" są co prawda również blisko położone względem swoich słońc, ale temperatura górnych warst ich atmosfer nie jest wystarczająco wysoka, aby występowały w nich wspomniane tlenki w fazie gazowej. Faktycznie, obserwacje pokazują, że jeśli nie rejestruje się spektralnych sygnatur tych molekuł, to również nie widać inwersji temperatury.

Opisane powyżej zjawisko ma zatem podobny charakter do tego, co dzieje się w ziemskiej stratosferze. W jej przypadku powietrze pochłania promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca przy okazji produkując ozon.  

-Czy to faktycznie duże osiagniecie, czy mamy od dziś nową technikę obserwacji egzoplanet?

Koncepcja była znana od lat, w końcu udało się osiągnąć niezbędną czułość i rozdzielczość spektroskopową w podczerwieni. To właśnie w podczerwieni najłatwiej zaobserwować światło pochodzące od egzoplanety, bo strumień promieniowania elektromagetycznego w tym zakresie w porównaniu do emisji od gwiazdy może być około tysiąca razy większy niż w przypadku światła widzialnego.

-Czy widać planetę, skoro nie przechodzi przed dyskiem, a jednoczesnie widać jej promieniowanie? Wiemy, że astronomowie zbadali atmosferę planety i określili ilość występującego w niej tlenku węgla.  Czemu akurat wybrano tlenek węgla? Czy CO jest wyznacznikim czegoś, czy po prostu najlatwiejszy do zobaczenia, bo charakterystyczne linie w widmie widać?

Obserwacje prowadzono w najbardziej korzystej konfiguracji układu gwiazda-planeta, to znaczy w szerokim zakresie fazy orbitalnej wokół koniunkcji górnej. Wówczas obserwowany z Ziemi może być największy fragment dysku planety, a zatem najwięcej światła pochodzącego od planety trafia do detektora.

Badacze skupili się na linii tlenku węgla, która w znacznej mierze pochodzi od atmosfery planetarnej. W skutek ruchu orbitalnego planety zaobserwowano zmiany położenia tej linii zgodnie z efektem Dopplera. Do tej pory astronomowie odkrywali planety metodami pomiarów prędkości radialnych gwiazd centralnych. W układzie gwiazda-planeta oba ciała obiegają wspólny środek masy. Do tej pory obserwowało się właśnie owe kolebanie się gwiazdy, co z kolei było interpretowane jako rezultat istnienia obiegającej ją planety. Widać wyraźnie, że nie jest to metoda bezpośrednia. Warto podkreślić, że autorzy przełomowego odkrycia zaobserwowali ruch orbitalny planety. Przesunięcie dopplerowskie w przypadku ruchu planety jest o kilka rzędów wielkości większe niż to, jakie obserwuje się dla obieganej gwiazdy. Jednak wymagana czułość i rozdzielczość w podczerwieni zostały osiągnięte dopiero teraz.  

O tau Boo b w Encyklopedii Planet Pozasłonecznych (strona w j. ang.)


Dr Gracjan Maciejewski jest absolwentem UMK, na toruńskiej Uczelni obronił także doktorat poświęcony badaniom gromad otwartych gwiazd. Od 2007 roku jest pracownikiem Centrum Astronomii UMK. W latach 2009-2010 odbył staż naukowy w Instytucie Astrofizycznym Uniwersytetu F.Schillera w Jenie (Niemcy). Jego zainteresowania badawcze skupiają się głównie na tranzytujących planetach w pozasłonecznych układach planetarnych, a także na gromadach gwiazd i gwiazdach zmiennych. Na ostatnim zjeździe PTA  otrzymał Nagrodę Młodych Polskiego Towarzystwa Astronomicznego.


Liczba odsłon: 1239