Termometermolekyl" bekräftad på exoplaneten WASP-31b

 

WASP-31b är en så kallad "het Jupiter" med låg densitet som kretsar kring den metallfattiga dvärgstjärnan WASP-31. Exoplaneten upptäcktes 2010 och den ligger i stjärnbilden Kratern ungefär 1305 ljusår från oss.

Kromhydrid (CrH) är en molekyl som är relativt sällsynt och känslig för temperatur. Just därför är den användbar som "termometer av stjärnor", enligt astronomen Laura Flagg vid Cornell university eftersom den bara är riklig i ett smalt intervall det mellan 900-1700 celcius.

Flagg är forskningsassistent i astronomi vid College of Arts and Sciences (A &S), och har använt denna och andra metallhydrider för att bestämma temperaturen hos mindre heta stjärnor och bruna dvärgar. I teorin, beskriver hon, kan kromhydrid vara temperaturvisare i heta Jupiter-exoplaneter vilka är jämförbara i temperatur med bruna dvärgar - om dessa speciella molekyler finns i dessas atmosfärer.

Nu har Flagg och ett team av forskare vid Cornell university med hjälp av högupplösta spektralobservationer, bekräftat  närvaron av kromhydrid i en exoplanetatmosfär den hos  WASP-31b.

Kromhydrid har inte tidigare upptäckts i någon exoplanets atmosfär så detta fynd är  första upptäckten av en metallhydrid i ett högupplöst exoplanetspektrum, beskriver forskarna.

Den definitiva upptäckten av metallhydrider i WASP-31b är ett viktigt framsteg i förståelsen av heta jätteplanetatmosfärer, beskriver Flagg, även om upptäckten inte ger ny information om den enskilda planeten.

"Kromhydridmolekyler är mycket temperaturkänsliga", skriver Flagg i studien. Vid varmare temperaturer ses bara krom. Och vid lägre temperaturer blir det andra saker som ses. Så det finns bara ett specifikt temperaturområde, av cirka 900-1700 celcius, där kromhydrid finns i överflöd.

I vårt solsystem är den enda upptäckten av denna molekyl i solfläckar, skriver Flagg.

I sin forskning använder Flagg högupplöst spektroskopi för att upptäcka och analysera exoplanetatmosfärer och jämföra det totala ljuset från system när planeten är vid sidan av sin stjärna, mot när planeten är framför sin stjärna och blockerar en del av stjärnans ljus. Vissa element blockerar mer ljus vid vissa våglängder och mindre ljus vid andra våglängder något som avslöjar vilka element som finns på planeten.

"Hög spektral upplösning innebär att vi har mycket exakt våglängdsinformation", skriver Flagg. "Vi kan få tusentals olika linjer. Vi kombinerar dem med olika statistiska metoder, med hjälp av en mall som visar en ungefärlig uppfattning om hur spektrumet ser ut – och vi jämför det med insamlad data och matchar det. Om det matchar bra finns det en signal. I det här fallet gav kromhydridspektra en signal.

Krom är sällsynt, även vid rätt temperatur så forskare behöver känsliga instrument och teleskop, beskriver Flagg.

För att analysera WASP-31b använde forskarna högupplöst spektra från en  observation i mars 2022 som en del av kartläggningen från Exoplanets with Gemini Spectroscopy från Hawaiis Maunakea, med hjälp av Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph (GRACES).

Flagg är huvudförfattare till "ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere at High Spectral Resolution", publicerad 16 augusti i ApJ Letters. Medförfattare inkluderar: Ray Jayawardhana, Hans A. Bethe professor och professor i astronomi (A &S); Jake D. Turner, Hubble-forskare vid Cornell Center for Astrophysics &; Planetary Science; Ryan J. MacDonald, tidigare forskningsassistent vid Carl Sagan Institute och nu NASA Sagan Fellow vid University of Michigan; och Adam Langeveld, postdoktoral forskare i astronomi (A&S). Flagg, Turner och Langeveld ingår i Jayawardhanas forskargrupp.

Bild vikipedia Hot Jupiter, exoplanet WASP-31b som en konstnär ser denna planet. WASP-31b ligger i stjärnbilden Kratern ungefär 1305 ljusår från jorden.