系外惑星WASPで「温度計」分子が確認される

Jun 21, 2023

天文学者のローラ・フラッグ氏によると、水素化クロム（CrH）は比較的希少で温度に特に敏感な分子で、1,200～2,000ケルビンの狭い範囲でのみ豊富に存在するため、「星の温度計」として有用だという。

芸術科学大学 (A&S) の天文学研究員であるフラッグ氏は、この金属水素化物と他の金属水素化物を使用して、冷たい星や褐色矮星の温度を測定しました。 理論的には、これらの特定の分子が系外惑星の大気中に存在する場合、クロム水素化物は温度が褐色矮星に匹敵する熱い木星系外惑星に対しても同じことができると彼女は述べた。 以前の研究では、低解像度で、それらがそうであることを示唆していました。

今回、フラッグ氏とコーネル大学主導の研究チームは、高解像度のスペクトル観測を用いて、高温木星WASP-31bの系外惑星大気中に水素化クロムが存在することを確認し、この温度に敏感な分子種を次のような用途に利用する道を開いた。系外惑星の温度やその他の特性を測定するための「温度計」。

Flagg 氏は、ApJ Letters に 8 月 16 日に掲載された「ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere at High Spectral Resolution」の筆頭著者です。 共著者には、ハンス A. ベーテ教授兼天文学教授 (A&S) のレイ ジャヤワルダナ氏が含まれます。 ジェイク・D・ターナー、コーネル天体物理学・惑星科学センターハッブル研究員。 ライアン・J・マクドナルド、以前はカール・セーガン研究所の研究員で、現在はミシガン大学のNASAセーガンフェロー。 そしてアダム・ランゲフェルト、天文学博士研究員(A&S)。 フラッグ、ターナー、ランゲフェルトはジャヤワルダナの研究グループのメンバーです。

クロム水素化物はこれまでどの系外惑星でも検出されたことが確認されておらず、これは高解像度の系外惑星スペクトルから金属水素化物が初めて検出されたことになる、と研究者らは書いている。

WASP-31bでの金属水素化物の決定的な検出は、高温の巨大惑星の大気の理解における重要な進歩であるが、この発見は個々の惑星に関する新しい情報を与えるものではないとフラッグ氏は述べた。 2011 年に発見された WASP-31b は、F5 星を 3.4 日に 1 回周回します。 この惑星は巨大な惑星としては非常に密度が低く、新しい研究ではその平衡温度が1,400ケルビンであることが確認されており、これは水素化クロムの範囲内である。

「水素化クロム分子は温度に非常に敏感です」とフラッグ氏は言う。 「より高温では、クロムだけが見えます。 そして、より低い温度では、それは別のものに変わります。 つまり、水素化クロムが大量に見られる特定の温度範囲、約 1,200 ～ 2,200 ケルビンのみが存在します。」

私たちの太陽系では、この分子の存在が検出されたのは黒点だけである、とフラッグ氏は述べた。太陽は熱すぎ（表面で約 6,000 K）、他のすべての天体は冷たすぎる。

彼女の研究では、フラッグ氏は高分解能分光法を使用して系外惑星の大気を検出および分析し、惑星が恒星の側面にある場合と、惑星が恒星の正面にあり、恒星の光の一部を遮断している場合のシステムからの全体的な光を比較しています。ライト。 特定の元素は、特定の波長ではより多くの光を遮断し、他の波長ではより少ない光を遮断し、地球にどのような元素が存在するかを明らかにします。

「スペクトル分解能が高いということは、非常に正確な波長情報が得られることを意味します」とフラッグ氏は言う。 「何千もの異なる行を取得できます。 スペクトルがどのように見えるかについてのおおよそのアイデアであるテンプレートを使用して、さまざまな統計手法を使用してそれらを結合し、それをデータと比較して一致させます。 うまく一致すれば、信号があります。 私たちはさまざまなテンプレートをすべて試しましたが、この場合は水素化クロムのテンプレートがシグナルを生成しました。」

クロムは、たとえ適切な温度であっても希少であるため、研究者は高感度の機器や望遠鏡を必要とするとフラッグ氏は述べた。

WASP-31bを分析するために、研究者らは、CFHT ESPaDOnS分光器（GRACES）へのジェミニリモートアクセスを使用して、ハワイのマウナケアからのジェミニ分光法による系外惑星調査の一環として、2022年3月に行われた1つの新しい観測からの高解像度スペクトルを使用しました。 彼らは、金属水素化物を探すことを目的としていない、2017年に取得されたアーカイブデータでGRACESデータを補完しました。