Bild: ESA/Hubble & NASA
Bild: ESA/Hubble & NASA
Forskningsprojekt Satellit- och markobservationer av heta Jupiter-exoplaneter ger information om förhållandena vid de avlägsna objekten. För att tolka informationen behöver vi noggranna teoretiska modeller av de observerade högtemperaturspektra, verifierade genom laboratoriemätningar. Användning av dubbel-resonansspektroskopi med en frekvenskam för att mäta och analysera övergångar till höga energinivåer av metan, ammoniak och acetylen, ger högprecisionsdata som ökar noggrannheten hos de teoretiska modellerna.
Forskningsprojektet får stöd genom Vetenskapsrådets Konsolideringsbidrag samt av förlängning av Knut och Alice Wallenberg Stiftelsens Academy Fellow.
Den första exoplaneten som kretsar kring en stjärna som liknar vår sol observerades 1995 och sedan dess har astronomer hittat 4000 till. Många av dem är de så kallade heta-Jupiter - de är lika stora som Jupiter men kretsar så nära sina stjärnor att deras temperatur når upp till 700 °C. Även om livet troligen inte kan existera på dessa planeter ger studier av dem unik information om vårt universum.
All information som vi har om astronomiska objekt kommer från satellit- och markbaserade observationer. I synnerhet kan spektrala observationer ge oss information om sammansättningen, förhållandena och fotokemi i planetens atmosfär, samt planetbildning. För att extrahera denna information behövs exakta teoretiska modeller av spektra som har verifierats med laboratoriemätningar. Sådana data saknas ofta.
Hittills upptäcktes vatten, metan, koldioxid, kolmonoxid och titaniumoxid på exoplaneter, men många fler förväntas där, till exempel ammoniak, acetylen, vätecyanid. Även om dessa molekyler är relativt enkla, är deras energinivåstruktur komplex. Vid höga temperaturer blir deras spektrum så rikt på linjer att de blir svåra att analysera. Vår förståelse för deras energinivåstruktur begränsas av bristen på experimentell högprecisionsdata för övergångar till högre energinivåer. Detta förhindrar exakt modellering av högtemperaturspektra som har observerats från exoplaneter och andra heta astrofysiska föremål.
Inom vårt projekt mäter vi upp och identifierar övergångar till höga energinivåer av metan, ammoniak och acetylen samt tillhandahåller experimentella data som möjliggör verifiering av de teoretiska beräkningarna som används för att modellera högtemperaturspektra. För att göra det använder vi en teknik som kallas dubbel-resonansspektroskopi. I denna teknik används en högeffektpumplaser för att öka populationen på en förutbestämd energinivå och en svagare problaser för att mäta spektrumet från denna selektivt befolkade nivå till högre energinivåer. För att kunna detektera ett stort flertal övergångar använder vi en frekvenskam som problaser. En optisk frekvenskam är en typ av laser vems spektrum består av hundratusentals linjer med ekvidistanta mellanrum. Detta ger bred spektral täckning och hög upplösning, en kombination som ingen annan ljuskälla har.
De högprecisionsdata som tillhandahålls av vårt projekt gör det möjligt att förbättra noggrannheten hos de teoretiska beräkningarna av högtemperaturspektra som används för att tolka spektralinformation från heta Jupiter-exoplaneter och andra astronomiska föremål. Detta är särskilt relevant för de planerade NASA- och ESA-uppdragen (James Webb Space Telescope respektive ARIEL) som kommer att undersöka temperaturstrukturen och den kemiska sammansättningen av de exoplanetära atmosfärerna med infraröd spektroskopi.
