Rymdteleskopet James Webb avslöjar universum i enastående, oöverträffad klarhet.
Vilka är Webbs uppgifter?
Dessutom kommer Webb att få den mest komplettaen idé om objekten i Vintergatan, nämligen om några av de 5 000 planeter som upptäcktes i galaxen. Astronomer använder precisionen hos teleskopljusanalys för att dechiffrera atmosfären som omger några av dessa närliggande världar. Atmosfärernas egenskaper kommer att vara nyckeln till att förstå hur exoplaneten bildades och om det finns tecken på liv på den.
Vad är problemet?
MIT-personalInstitutet genomförde en ny studie. Forskare spekulerar i att verktygen som astronomer vanligtvis använder för att avkoda ljussignaler kanske inte är tillräckligt bra för att korrekt tolka det nya teleskopets data. Speciellt opacitetsmodeller – verktyg som modellerar hur ljus interagerar med materia baserat på dess egenskaper – kan kräva betydande omjustering för att matcha noggrannheten hos Webbs data.
Om dessa modeller inte är slutgiltiga, då egenskapernaplanetariska atmosfärer, såsom deras temperatur, tryck och elementära sammansättning, kan skilja sig åt med en storleksordning. Det betyder att forskarna har fatalt fel i sina beräkningar.
Webb-teleskopillustration, NASA
Det finns en vetenskapligt signifikant skillnad mellansom innehåller en förening som vatten i en mängd av 5% och 25%, vilket moderna modeller inte kan skilja. Modellen som NASA-forskare använder för att dechiffrera spektral information matchar inte noggrannheten och kvaliteten på data som erhållits från James Webb-teleskopet. Som forskare noterade är det nödvändigt att lösa problemet med opacitet.
Vad är opacitet?
Opacitet är ett mått på hur lätt det ärfotoner passerar genom materialet. Som ni vet kan fotoner med vissa våglängder passera direkt genom ett material, absorberas eller reflekteras tillbaka. Allt beror på om och hur de interagerar med vissa molekyler i materialet. Sådana interaktioner beror också på materialets temperatur och tryck.
Opacitetsmodellen fungerar utifrånolika antaganden om hur ljus interagerar med materia. Astronomer använder det för att sluta sig till vissa egenskaper hos ett material baserat på spektrumet av ljus som emitteras av materialet. I samband med exoplaneter tillåter opacitetsmodellen en att dechiffrera typen och överflöd av kemikalier i en planets atmosfär baserat på ljuset som reflekteras från den och som fångas upp av teleskopet.
Vad händer nu?
Den nuvarande moderna opacitetsmodellen,vilket MIT jämfört med ett klassiskt översättningsverktyg "fungerar hyfsat." Det dechiffrerar normalt spektraldata som erhållits av teleskop som Hubble Space Telescope.
Första fotot av JSWT, NASA
"Än så länge är den här Rosetta-stenen allt"okej", skriver forskarna. Men nu när forskare går till "nästa nivå", och arbetar med Webbs ultraprecisa instrument, kommer den nuvarande översättningsprocessen "inte att fånga de viktiga finesser." Till exempel de som skiljer en planet lämplig för liv från en obeboelig.
Vad har forskarna gjort?
I en ny studie letade MIT-forskare eftervilka atmosfäriska egenskaper modellen får om den skräddarsys. Målet är att tillåta vissa begränsningar i förståelsen av hur ljus och materia interagerar. Som ett resultat skapade forskare åtta sådana "störda" modeller.
De lagrade sedan varje modell inklusiveverklig version, "syntetiska spektra". Vi talar om ljusmönster som forskare har modellerat. De liknar den noggrannhet som James Webb-teleskopet kunde registrera.
Vad fick forskarna veta?
Det visade sig att, baserat på någraoch samma ljusspektra, varje störd modell ger storskaliga förutsägelser av egenskaperna hos planetens atmosfär. Baserat på sin analys drog forskarna slutsatsen att om befintliga opacitetsmodeller tillämpades på ljusspektra som fångats av Webb-teleskopet, skulle de nå en viss "mur av noggrannhet." Enkelt uttryckt kommer de inte att vara tillräckligt känsliga för att ta reda på den verkliga temperaturen på planeten (300 eller 600 grader Kelvin, 26,85 °C - 326,85 °C) och vilken gas som upptar 5% eller 25% av det atmosfäriska lagret.
Denna skillnad är viktig så att forskare kan begränsa planetbildningsmekanismer och på ett tillförlitligt sätt identifiera biosignaturer.
Teamet fann också att varje modell ocksågav en "god passform" till data. Det betyder att även om den störda modellen gav fel kemisk sammansättning, genererade den sitt ljusspektrum. Det var tillräckligt nära för att "motsvara" originalet.
Vad är slutresultatet?
Det finns tillräckligt med parametrar som behöver justeras, även med fel modell, för att få en bra passform. Det gör att du inte kan veta säkert att modellen är felaktig.
Forskare har kommit med flera idéer om hurförbättra befintliga opacitetsmodeller. Till exempel behöver fler laboratoriemätningar och teoretiska beräkningar göras för att förfina antaganden om hur ljus och olika molekyler interagerar. Samarbete mellan forskare från olika områden är också nödvändigt. I synnerhet mellan astronomer och spektroskopispecialister.
Mycket skulle kunna göras om vi perfekt visste hur ljus och materia interagerar.
Läs mer:
Mystisk "blå goo" på botten av havet förbryllar forskare
Utvecklad generator för vindkraftsparker utan dyra magneter
Titta på ett fenomen som helt enkelt är omöjligt på Mars
Hi-Tech översatte och anpassade Jennifers artikelChus "Studie: Astronomer riskerar att misstolka planetariska signaler i James Webb-data", publicerad i MIT News, en webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning. Originalartikeln finns på länken.
Omslagsillustration: Thibaut Roger, Thibaut Roger
Copyright: © CC BY-NC-SA 4.0