Աստղագետներին առաջին անգամ հաջողվել է մանրամասն վերականգնել WASP-17b էկզոմոլորակի՝ անսովոր ցածր խտությամբ շիկացած գազային հսկայի, մթնոլորտի եռաչափ կառուցվածքը։ James Webb տիեզերական աստղադիտակի օգնությամբ գիտնականները հայտնաբերել են հատվածներ, որտեղ մթնոլորտը նկատելիորեն ընդարձակվում է՝ առաջացնելով ելուստներ, որոնք հիշեցնում են մատանու վրա դրված թանկարժեք քարեր։ Դիտարկումների արդյունքները հաստատել են, որ մոլորակի ցերեկային և գիշերային կողմերի տարբերությունները համապատասխանում են տեսական կանխատեսումներին։

WASP-17b-ը գտնվում է Երկրից մոտ 1300 լուսատարի հեռավորության վրա։ Նրա զանգվածը կազմում է Յուպիտերի զանգվածի մոտ 80%-ը, սակայն լայնությամբ մոլորակը գրեթե երկու անգամ գերազանցում է Արեգակնային համակարգի ամենամեծ մոլորակին։ Այսպիսի անսովոր ցածր խտության պատճառով այն դասվում է «գերպափուկ» էկզոմոլորակների շարքին․ իրենց կառուցվածքով դրանք հիշեցնում են օդային զեֆիր։

Մոլորակը գտնվում է իր աստղին շատ մոտ և դրա շուրջ ամբողջական պտույտ է կատարում երկրային չորս օրից էլ պակաս ժամանակում։ Դրա պատճառով նրա մթնոլորտը ենթարկվում է ծայրահեղ տաքացման և դրսևորում է բարդ դինամիկա։

Ինչպես գիտնականները կարողացան տարբերակել մթնոլորտի կառուցվածքը

Հետազոտողները օգտագործել են James Webb աստղադիտակի տվյալներն ու վերլուծության նոր մեթոդ, որը կոչվում է transmission strings։ Այն հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել մոլորակի մթնոլորտը նրա՝ աստղի դիմաց անցնելու՝ տրանզիտի ժամանակ։

Երբ աստղի լույսն անցնում է WASP-17b-ի մթնոլորտի միջով, տարբեր քիմիական նյութեր կլանում են սպեկտրի որոշակի հատվածներ։ Վերլուծելով այդ լույսը՝ գիտնականները կարող են որոշել մթնոլորտի բաղադրությունն ու նրա հատկությունները։ Նոր մեթոդը թույլ է տալիս գնահատել մոլորակի կենտրոնից մինչև մթնոլորտի արտաքին սահմանը եղած հեռավորությունը դրա եզրի տարբեր կետերում։

Ավելի վաղ ստանդարտ մոդելները միջինացնում էին տվյալները մոլորակի ամբողջ տեսանելի եզրով, ինչի պատճառով տեղային տարբերությունները մնում էին թաքնված։ Այժմ հետազոտողները կարողացել են վերականգնել ավելի մանրամասն պատկեր և տեսնել, թե ինչպես է մթնոլորտի ձևը փոխվում՝ կախված ուղղությունից։

«Փոխարենը մթնոլորտը ամբողջ պարագծով նույն շառավղով շրջան համարելու, մեր մեթոդը թույլ է տալիս որոշել մոլորակի կենտրոնից մինչև եզրը եղած հեռավորությունը տարբեր հատվածներում», — բացատրել է Կորնելի համալսարանից Լիլի Օլդերսոնը։

Նրա խոսքով՝ գիտնականները պայմանական օղակից անցել են հասկանալուն, թե այդ օղակի որ հատվածներում են գտնվում դուրս ցցված մասերը՝ նույն այդ «թանկարժեք քարերը»։

Ինչու է WASP-17b-ի մթնոլորտը անհամասեռ երևում

Մոլորակը մակընթացային կապով կապված է իր աստղին․ նրա նույն կողմը մշտապես ուղղված է դեպի լուսատուն։ Ցերեկային կողմն անընդհատ ստանում է աստղային ճառագայթում, մինչդեռ գիշերային կողմը մնում է զգալիորեն ավելի սառը։

Մոդելների համաձայն՝ ջերմաստիճանների տարբերությունը պետք է ազդի մթնոլորտի շրջանառության և նրա ձևի վրա։ Դիտարկումները ցույց են տվել, որ WASP-17b-ի վրա տաք քամիները հասնում են հասարակածին և գիշերային կողմին, որտեղ ավելի սառը մթնոլորտը ընդարձակվում է։ Հենց այս հատվածում էլ առաջանում է նկատելի ելուստ, որը հիշեցնում է թանկարժեք քար։

Արդյունքները նաև համընկնում են մոլորակի առավոտյան և երեկոյան կողմերի միջև ջերմաստիճանների էական տարբերության վերաբերյալ կանխատեսման հետ։ Օլդերսոնի խոսքով՝ WASP-17b-ը ցույց է տալիս հենց այն պատկերը, որը գիտնականներն ակնկալում էին տեսնել տեսական հաշվարկների հիման վրա։

Թիմի անդամ Հաննա Ուեյքֆորդը Բրիստոլի համալսարանից նշել է, որ հատկապես տպավորիչ է ավելի քան հազար լուսատարի հեռավորության վրա գտնվող մոլորակի բարդ դինամիկայի մասին համահունչ պատկեր ստանալու հնարավորությունը։

Հեռավոր հազարավոր աշխարհներ ուսումնասիրելու նոր եղանակ

Աշխատանքը ցույց է տալիս, որ էկզոմոլորակների մթնոլորտները միշտ չէ, որ կարելի է նկարագրել որպես միատարր թաղանթներ՝ ամբողջ պարագծով նույն հատկություններով։ Ջերմաստիճանը, քիմիական բաղադրությունն ու մթնոլորտի բարձրությունը կարող են զգալիորեն տարբերվել՝ կախված մոլորակի հատվածից։

Սա հատկապես կարևոր է տաք գազային հսկաների ուսումնասիրության համար, որտեղ աստղի ինտենսիվ ճառագայթումն ու հզոր քամիները ստեղծում են բարդ մթնոլորտային գործընթացներ։ Նոր մեթոդը կօգնի նման մոդելները ստուգել դիտարկումներով, ոչ թե միայն համակարգչային հաշվարկների արդյունքներով։

Թիմի հետազոտությունը հրապարակվել է Nature Astronomy ամսագրում հոկտեմբերի 14-ին։ Հեղինակները դա դիտարկում են որպես մեթոդի արդյունավետության հաստատում, որը հետագայում կարելի է կիրառել NASA-ի կատալոգի այլ աշխարհների ուսումնասիրության համար, որտեղ հաշվառված է ավելի քան 6000 էկզոմոլորակ։

Օլդերսոնի խոսքով՝ այժմ գիտնականները կարող են ոչ միայն հաշվարկել, թե ինչպես պետք է իրեն պահի հեռավոր մոլորակի եռաչափ մթնոլորտը, այլև համադրել այդ կանխատեսումները դիտարկվող պատկերի հետ։