Солнечная система: О трансмиссионной спектроскопии десяти горячих юпитеров

Анализ зависимости глубины транзитов от длины волны позволил наложить важные ограничения на глубину облачного слоя десяти горячих юпитеров и на размер частиц облаков.

Трансмиссионная спектроскопия (анализ зависимости глубины транзита от длины волны падающего света) – мощный метод изучения атмосфер внесолнечных планет. Методом трансмиссионной спектроскопии в атмосферах различных транзитных экзопланет были обнаружены водяной пар, угарный газ, метан, натрий, калий, и сделан вывод о наличии или отсутствии плотных облаков или тонкой дымки. Нет никаких сомнений, что у этого метода большое будущее.

7 октября 2016 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная трансмиссионной спектроскопии десяти транзитных горячих юпитеров WASP-6 b, WASP-12 b, WASP-17 b, WASP-19 b, WASP-31 b, WASP-39 b, HD 189733 b, HD 209458 b, HAT-P-1 b и HAT-P-12 b. Транзиты этих планет наблюдались спектрографом STIS космического телескопа им. Хаббла и камерой IAC космического телескопа им. Спитцера. Для некоторых планет (например, HD 189733 b) данные были получены также инфракрасным спектрометром NICMOS «Хаббла». Полученные зависимости сравнивались с моделями атмосфер горячих юпитеров и охватывали широкий диапазон различных параметров облаков (варьировалось давление на верхней кромке облаков, характер рассеяния – рэлеевский для мелких частиц или «серый» для более крупных, и т.д.). Для каждой планеты было проведено по 3600 численных прогонов с разными параметрами облачного слоя, и только около 2% рассчитанных моделей дали удовлетворительное согласие с наблюдательными данными.

Уже известно, что горячие юпитеры не представляют собой однородной группы объектов, они сильно различаются средней плотностью, химическим составом, альбедо и наличием/отсутствием облаков. Результаты, полученные авторами исследования, также оказались весьма разнообразными. Для начала – трансмиссионные спектры всех без исключения планет говорят о наличии в их атмосферах аэрозоля. Часть планет (WASP-31 b и HD 209458 b), чья эффективная температура попала в диапазон 1300-1700К, оказались окутаны плотными серыми облаками. Более прохладные планеты (HAT-P-12 b, WASP-6 b и HD 189733 b) оказались синими – затянутые тонкой дымкой, поднимающейся до уровня давления 0.01 мбар, они демонстрировали преобладание рэлеевского рассеяния света. Интересно, что синими оказались и наиболее горячие планеты WASP-17 b, WASP-19 b и WASP-12 b! Планета WASP-39 b с эффективной температурой 1117К лучше всего описывается двухкомпонентной моделью с плотным облачным слоем и тонкой надоблачной дымкой.

Расположение верхушек облаков в атмосферах разных планет также оказалось очень разным. Так, верхняя кромка облаков в атмосфере HAT-P-1 b располагается на уровне 100 мбар, воздух выше этого уровня чист и прозрачен. Также глубоко в атмосфере (100 мбар) расположены «серые» облака горячего юпитера WASP-31 b. Однако подавляющее большинство других планет демонстрирует следы протяженной дымки вплоть до уровня давлений 0.01 мбар и даже выше.

Авторы немного размышляют о химическом составе облачных частиц. По их мнению, при температуре ~1500K в атмосфере могут конденсироваться серые частицы металлического железа, а при температурах ~1000K – яркие сульфат натрия, сульфат марганца и хлорид калия.

Надо сказать, для некоторых планет (HD 189733 b, WASP-12 b) экспериментальные точки плохо ложились на любую из рассчитанных моделей, что говорит или о недостатках моделирования (неучете каких-то важных факторов), или о низком качестве полученных трансмиссионных спектров. Будущие наблюдения (особенно наблюдения с помощью космического телескопа им. Джеймса Вебба) помогут прояснить этот вопрос.

Статья: https://arxiv.org/pdf/1610.01841v1.pdf

Источник: stp.cosmos.ru