داده‌های فراسیاره‌ای وب تقریباً خیلی خوب هستند

مطالعه‌ای جدید به احتیاط در تفسیر اثر انگشت شیمیایی که وب از سیارات فراخورشیدی جهان‌های بیگانه جمع‌آوری می‌کند، نیاز دارد.

علم خوب زمان می برد.

در چرخه اخبار 24 ساعته ما، این تکرار رایج نیست – مخصوصاً وقتی تلسکوپ فضایی جدیدی وجود دارد که تقریباً هر روز نماهای شفافی از جهان فروسرخ ارائه می‌دهد . اما برای اخترشناسانی که از لوله آتشی که از تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌آید می‌نوشند، زمان دقیقاً همان چیزی است که آنها نیاز دارند.

به گزارش اورانوس از اسکای اند تلسکوپ، برنامه انتشار زودهنگام علوم وب، داده‌های بدیع را در مورد اهداف مختلف آسمانی ارائه می‌دهد. برخی از مورد انتظارترین آنها طیف سیارات فراخورشیدی هستند. اما مطالعه‌ای در Nature Astronomy نیاز به احتیاط در تفسیر این اثر انگشت شیمیایی جهان‌های بیگانه دارد.

• بیشتر درباره فراسیارات بخوانید.

ستاره شناسان اغلب طیف‌های سیارات فراخورشیدی را هنگام عبور سیاره از مقابل ستاره خود جمع‌آوری می‌کنند. با عبور نور ستارگان از تکه‌های جوی که سیاره را احاطه کرده است، هوای بیگانه اثری از خود بر جای می‌گذارد و نور را در طول‌موج‌های خاص مطابق با مولکول‌های جو جذب می‌کند. یکی از اولین داده‌هایی که گروه وب از سیارات فراخورشیدی منتشر کرد، چنین طیفی از WASP-96b بود که تکان‌ها و برجستگی‌های واضحی را نشان داد که نشان‌دهنده وجود بخار آب در جو غول داغ بود.

جولین دو ویت (MIT)، که مطالعه نجوم نیچر را رهبری می‌کرد، می‌گوید که این کشف مورد سوال نیست. او توضیح می‌دهد: «هیچ مشکلی در رابطه با سطح اول تفسیر وجود ندارد. این سطح دوم است، برای مثال، چقدر آب، جایی که همه‌چیز پیچیده می‌شود.

این تقصیر وب نیست: طیف‌هایی که او تاکنون ثبت کرده است حاوی جزئیات بیشتری نسبت به گذشته است. اکنون این تئوری است که داده‌ها با یکدیگر مقایسه می‌شوند که نیاز به بهبود دارد.

پراجوال نیراولا (MIT)، دی ویت و همکارانش دریافتند که مدل‌هایی که ستاره شناسان برای رمزگشایی چنین طیف‌هایی استفاده می‌کنند، دقیق نیستند. به عنوان مثال، گروهی از ستاره‌شناسان ممکن است از مدل‌ها استفاده کنند تا بگویند جو یک سیاره فراخورشیدی 5 درصد آب است. گروهی دیگر ممکن است دریابند که 25 درصد آن آب است. و سخت است که بگوییم حق با چه کسی است.

این چالش‌ها تا فراسیارات صخره‌ای گسترش می‌یابد. چندین جهان داغ و به اندازه زمین (شبیه) به عنوان بخشی از اولین سال مشاهدات وب مورد هدف قرار خواهند گرفت. نیراولا تأیید می‌کند: «ما انتظار داریم محدودیت‌هایی که برجسته کردیم، بر مطالعه ما در مورد فراسیارات نیز تأثیر بگذارد.

انیمیشن این هنرمند سیاره فراخورشیدی LHS 3844b را به تصویر می‌کشد که 1.3 برابر جرم زمین است و به دور ستاره رده M می‌چرخد. این سیاره داغ و سنگی هدف رصدهای آینده وب خواهد بود.

دی ویت می‌گوید: «تا به امروز، هیچ مطالعه‌ای در مورد تفسیر طیف فراسیارات وب منتشر نشده است، بنابراین مطالعه ما به موقع است. او می‌افزاید که این بدان معنا نیست که باید داده‌ها را متوقف کنیم: «باید به جمع‌آوری این داده‌ها ادامه دهیم، حتی اگر چند سال طول بکشد تا رمزگشایی کامل آنچه در آن‌ها کدگذاری شده است به‌طور بهینه باشد».

اینکه چقدر طول می‌کشد تا مدل‌ها سرعت بیشتری برای تفسیر دقیق داده‌های وب داشته باشند به مولکول مورد نظر بستگی دارد. یولی گوردون، عضو تیم (مرکز اخترفیزیک، هاروارد و اسمیتسونیان) می‌گوید: «به عنوان مثال، برای مونوکسید کربن (CO)، هیچ کار اضافی لازم نیست. با این حال، برای اندازه‌گیری آب در جو عمیق، اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی و محاسبات نظری چند سال طول می‌کشد تا به مشاهدات برسد. برخی از مولکول‌ها، مانند اتان، به کار بسیار بیشتری نیاز دارند.

کارولین مورلی، نظریه‌پردازی که در مطالعه جو فراسیارات متخصص است (و در این مطالعه شرکت نداشت)، موافق است که این مطالعه در زمان مناسبی انجام می‌شود. او می‌گوید: «این چیزی است که متخصصان این رشته به خوبی می‌دانند، اما کاربران مدل‌ها (یعنی ناظرانی که داده‌هایشان را تطبیق می‌دهند) شاید آن را نمی‌دانند.

اما او فکر می‌کند که برای درک آنچه وب درباره سیارات فراخورشیدی به ما می‌گوید ممکن است نیازی به صبر طولانی نداشته باشیم، زیرا حداقل یک رویکرد برای مقابله با این چالش‌ها در حال حاضر مورد استفاده قرار گرفته است: مقایسه سیارات با پسرعموهای بزرگ‌ترشان، کوتوله‌های قهوه‌ای.

کوتوله‌های قهوه‌ای جهان‌های عظیمی هستند (بیش از 13 مشتری) که نمی‌توانند همجوشی را در هسته خود حفظ کنند. به عبارت دیگر، آنها ستاره‌های شکست خورده‌ای هستند. با این حال، این ستاره‌ها شبیه غول‌های گازی با ترکیبات مشابه و ویژگی‌های دیگر عمل می‌کنند. مورلی خاطرنشان می‌کند: «درجه حرارت آن‌ها مشابه فراسیارات است. “دما ویژگی اصلی سیاره است که مولکول‌های موجود و شکل نوارهای مولکولی را که مشاهده می‌کنیم تغییر می‌دهد.”

• بیشتر درباره تلسکوپ فضایی جیمز وب بخوانید.

و مطالعات گذشته که اندازه‌گیری‌های مبتنی بر آزمایشگاه را با طیف‌های کوتوله قهوه‌ای مقایسه کرده بودند ، تطابق بسیار خوبی را نشان داده‌اند. مورلی می‌گوید: “غریزه من این است که نتیجه‌گیری‌ها کمی اغراق‌آمیز هستند.” با این وجود، این مقاله کمک خوبی به این حوزه است، و امیدواریم کمک کند که برخی از این کار [مدل‌سازی] (که اغلب آن‌طور که شایسته است به رسمیت شناخته نمی‌شود) در سال‌های آینده تامین مالی شود.»

این مشکل تنها چالش پیش روی کسانی است که از داده های وب برای سیارات فراخورشیدی استفاده می کنند. برخی دریافته‌اند که کالیبراسیون روشنایی در باندهای طول موج منفرد پس از پرتاب وب تغییر کرده است، که می‌تواند بر تخمین فاصله برای کهکشان‌های دور تأثیر بگذارد. مطالعه‌ای پس از پرتاب وب همچنین نشان داد که یکی از آینه‌های شش ضلعی بزرگ گه‌گاه کمی کج خواهد شد (تا چند ده نانومتر، بسیار کمتر از عرض یک موی انسان)، باعث تغییراتی می‌شود که می‌تواند به عنوان مثال بر رصدهای فراسیاره‌ای که از مقابل ستاره‌اش عبور می‌کند، تأثیر بگذارد.

اگرچه اینها مسائل شناخته شده‌ای هستند، و در حالی که برخی به خودی خود حل می‌شوند (قرار است با کاهش تنش‌های درونی تلسکوپ، رویدادهای شیب در طول زمان کاهش یابد)، ستاره‌شناسان سخت کار می‌کنند تا بقیه مسائل را مرتب کنند. تنها چیزی که نیاز دارند کمی زمان است.