Nowe badania sugerują, że kapryśne gwiazdy, które rozjaśniają się i ściemniają w ciągu kilku godzin lub dni, mogą zaburzać nasz obraz tysięcy odległych planet.
Większość informacji, jakie posiadamy na temat egzoplanet pochodzi z obserwacji spadków jasności gwiazd, gdy planety te przechodzą przed swoją gwiazdą macierzystą.
Technika ta może dostarczyć wskazówek na temat wielkości planety (poprzez obserwację, ile światła gwiazdy jest blokowane) i z czego składa się jej atmosfera (poprzez obserwację, jak planeta zmienia wzór światła gwiazdy, które przez nią przechodzi).
Jednak nowe badania, opublikowane w The Astrophysical Journal Supplement Series, wykazały, że fluktuacje w świetle gwiazdy wywołane gorętszymi i zimniejszymi regionami na powierzchni gwiazdy mogą zniekształcić nasze interpretacje planet w większym stopniu, niż wcześniej sądziliśmy.
Naukowcy przyjrzeli się atmosferom 20 planet wielkości Jowisza i Neptuna i odkryli, że zmienność gwiazd macierzystych zniekształca dane dla około połowy z nich.
Zdaniem zespołu, gdyby badacze nie uwzględnili odpowiednio tych różnic, mogliby błędnie zinterpretować szereg cech, takich jak rozmiar planet, temperatura i skład ich atmosfer. Zespół dodał, że ryzyko błędnej interpretacji jest możliwe do opanowania, jeśli badacze przyjrzą się różnym długościom fal światła, w tym w zakresie optycznym, w którym efekty zanieczyszczenia gwiazdami są najbardziej widoczne.
Główna autorka, dr Adrianna Saba (UCL), która wykonała pracę w ramach swojego doktoratu na UCL, powiedziała: Te wyniki były zaskoczeniem – znaleźliśmy więcej gwiezdnego zanieczyszczenia naszych danych, niż się spodziewaliśmy. To ważne, abyśmy o tym wiedzieli. Dzięki lepszemu zrozumieniu, w jaki sposób zmienność gwiazd może wpływać na nasze interpretacje egzoplanet, możemy ulepszyć nasze modele i mądrzej wykorzystać znacznie większe zbiory danych pochodzące z misji, w tym James Webb, Ariel i Twinkle.
Druga autorka, Alexandra Thompson, obecna doktorantka na UCL Physics & Astronomy, której badania koncentrują się na gwiazdach macierzystych egzoplanet, powiedziała: Dowiadujemy się o egzoplanetach ze światła ich gwiazd macierzystych i czasami trudno jest oddzielić, co jest sygnałem z gwiazdy, a co pochodzi od planety.
Niektóre gwiazdy można opisać jako „niejednolite” – mają większą proporcję chłodniejszych regionów na swoich powierzchniach, które są ciemniejsze, i gorętszych regionów, które są jaśniejsze. Wynika to z silniejszej aktywności magnetycznej.
Gorętsze, jaśniejsze regiony emitują więcej światła, więc na przykład, jeśli planeta przechodzi przed najgorętszą częścią gwiazdy, może to prowadzić naukowców do przeszacowania wielkości planety, ponieważ będzie ona blokować więcej światła gwiazdy, lub mogą oni wnioskować, że planeta jest gorętsza niż jest w rzeczywistości lub ma gęstszą atmosferę. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy planeta przechodzi przed zimną plamą gwiazdową, co sprawia, że planeta wydaje się „mniejsza”.
Z drugiej strony, redukcja emitowanego światła przez plamę gwiazdową może nawet naśladować efekt planety przechodzącej przed gwiazdą, co prowadzi do wniosku, że może tam być planeta, podczas gdy jej nie ma. Właśnie dlatego obserwacje uzupełniające są tak ważne dla potwierdzenia wykrycia egzoplanet.
Te zmiany gwiazdy mogą również zniekształcić szacunki dotyczące ilości pary wodnej, na przykład w atmosferze planety. Dzieje się tak, ponieważ zmiany te mogą naśladować lub przesłaniać sygnaturę pary wodnej we wzorze światła o różnych długościach fal docierającego do naszych teleskopów.
W badaniach naukowcy wykorzystali 20 lat obserwacji z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, łącząc dane z dwóch instrumentów teleskopu, Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) i Wide Field Camera 3 (WFC3).
Przetworzyli i przeanalizowali dane dla każdej planety w identyczny sposób, aby upewnić się, że porównują podobne z podobnym, minimalizując błędy, które pojawiają się, gdy zbiory danych są przetwarzane przy użyciu różnych metod.
Zespół zbadał następnie, która kombinacja modeli atmosferycznych i gwiazdowych najlepiej pasuje do ich danych, porównując modele uwzględniające zmienność gwiazd z prostszymi modelami, które tego nie uwzględniały. Okazało się, że dane dla sześciu z 20 analizowanych planet były lepiej dopasowane do modeli dostosowanych do zmienności gwiazd, a sześć innych planet mogło doświadczyć niewielkiego zanieczyszczenia ze strony gwiazdy macierzystej.
Przeanalizowali oni światło o długości fali widzialnej, bliskiej podczerwieni i bliskim UV, wykorzystując fakt, że zniekształcenia spowodowane aktywnością gwiazd są znacznie bardziej widoczne w obszarze bliskiego UV i optycznego niż przy dłuższych falach w podczerwieni.
Zespół opisał dwa sposoby oceny, czy zmienność gwiazd może wpływać na dane planetarne.
Dr Saba wyjaśniła: Jednym z nich jest przyjrzenie się ogólnemu kształtowi widma – czyli wzorowi światła o różnych długościach fali, które przeszło przez planetę z gwiazdy – aby sprawdzić, czy można to wyjaśnić samą planetą, czy też potrzebna jest aktywność gwiazdowa. Innym sposobem jest przeprowadzenie dwóch obserwacji tej samej planety w optycznym obszarze widma, które zostały wykonane w różnym czasie. Jeśli te obserwacje są bardzo różne, prawdopodobnym wyjaśnieniem jest zmienna aktywność gwiazdy.
Alexandra Thompson dodała: Ryzyko błędnej interpretacji jest możliwe do opanowania przy odpowiednim pokryciu długości fali. Obserwacje optyczne o krótszej długości fali, takiej jak te używane w tym badaniu, są szczególnie pomocne, ponieważ to właśnie tam efekty skażenia gwiazd są najbardziej widoczne.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
UCL
