|
Астрономы внимательно изучают раскаленную экзопланету
|
|
|
|
Международная команда под руководством Стефана Пеллетье, доктора философии. Студент Института исследований экзопланет Троттье Университета Монреаля подробно изучил чрезвычайно горячую гигантскую экзопланету WASP-76 b. Используя инструмент MAROON-X на телескопе Gemini-North, команда смогла определить и измерить содержание 11 химических элементов в атмосфере планеты. К ним относятся породообразующие элементы, содержание которых неизвестно даже для планет-гигантов Солнечной системы, таких как Юпитер или Сатурн. Исследование команды опубликовано в журнале Nature. «Поистине редки случаи, когда экзопланета, находящаяся в сотнях световых лет от нас, может научить нас чему-то, что в противном случае было бы невозможно узнать о нашей Солнечной системе», — сказал Пеллетье. «Это случай с этим исследованием». WASP-76 b — странный мир. Он достигает экстремальных температур, потому что находится очень близко к своей родительской звезде, массивной звезде, удаленной на 634 световых года в созвездии Рыб: примерно в 12 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу. Имея массу, подобную массе Юпитера, но почти в шесть раз большую по объему, он довольно «пухлый».
|
|
|
|
С момента его открытия в рамках программы «Широкоугольный поиск планет» (WASP) в 2013 году многие команды изучали его и идентифицировали различные элементы в его атмосфере. Примечательно, что в исследовании, также опубликованном в журнале Nature в марте 2020 года, команда обнаружила железную сигнатуру и выдвинула гипотезу о том, что на планете может быть железный дождь. Зная об этих исследованиях, Пеллетье решил провести новые независимые наблюдения WASP-76 b с использованием оптического спектрографа высокого разрешения MAROON-X на 8-метровом телескопе Gemini-North на Гавайях, входящем в состав Международной обсерватории Gemini. управляется NOIRLab NSF. «Мы поняли, что новый мощный спектрограф MAROON-X позволит нам изучить химический состав WASP-76 b с беспрецедентным для любой планеты-гиганта уровнем детализации», — говорит профессор астрономии UdeM Бьорн Беннеке, соавтор исследования и Доктор философии Стефана Пеллетье. научный руководитель.
|
 |
|
|
|
Содержание почти всех элементов периодической таблицы в пределах Солнца известно с большой точностью. Однако на планетах-гигантах в нашей Солнечной системе это верно только для горстки элементов, состав которых остается плохо определенным. И это затруднило понимание механизмов формирования этих планет. Так как он находится так близко к своей звезде, WASP-76 b имеет температуру значительно выше 2000°C. При этих градусах многие элементы, которые обычно образуют горные породы здесь, на Земле (например, магний и железо), испаряются и присутствуют в газообразной форме в верхних слоях атмосферы. Изучение этой своеобразной планеты позволяет получить беспрецедентное представление о наличии и обилии породообразующих элементов на планетах-гигантах, поскольку на более холодных планетах-гигантах, таких как Юпитер, эти элементы находятся ниже в атмосфере и их невозможно обнаружить. Обилие многих элементов, измеренных Пеллетье и его командой в атмосфере экзопланеты, таких как марганец, хром, магний, ванадий, барий и кальций, очень точно соответствует содержанию в ее родительской звезде, а также в нашем собственном Солнце.
|
|
|
|
Эти содержания не случайны: они являются прямым продуктом Большого взрыва, за которым последовали миллиарды лет звездного нуклеосинтеза, поэтому ученые измеряют примерно одинаковый состав у всех звезд. Однако он отличается от состава каменистых планет, таких как Земля, которые сформированы более сложным образом. Результаты этого нового исследования показывают, что планеты-гиганты могут сохранять общий состав, отражающий состав протопланетного диска, из которого они образовались. Однако другие элементы на планете были истощены по сравнению со звездой — результат, который Пеллетье нашел особенно интересным. «Эти элементы, которые, по-видимому, отсутствуют в атмосфере WASP-76 b, — это как раз те элементы, для испарения которых требуются более высокие температуры, такие как титан и алюминий», — сказал он. «Между тем те, которые соответствовали нашим прогнозам, такие как марганец, ванадий или кальций, испаряются при несколько более низких температурах».
|
|
|
|
Интерпретация группы исследователей заключается в том, что наблюдаемый состав верхних атмосфер планет-гигантов может быть чрезвычайно чувствителен к температуре. В зависимости от температуры конденсации элемента он будет находиться в газообразной форме и присутствовать в верхней части атмосферы или конденсироваться в жидкой форме, где он опустится в более глубокие слои. В газовой форме он играет важную роль в поглощении света, и его можно увидеть в наблюдениях астрономов. В конденсированном виде астрономы не могут его обнаружить и полностью исчезают из их наблюдений. «Если это открытие подтвердится, это будет означать, что две гигантские экзопланеты, температура которых немного отличается друг от друга, могут иметь очень разные атмосферы», — сказал Пеллетье. «Что-то вроде двух горшков с водой, одна с температурой -1°C, замороженная, а другая с температурой +1°C, жидкая. Например, кальций наблюдается на WASP-76 b, но его может не быть на немного более холодная планета».
|
|
|
|
Еще одним интересным открытием группы Пеллетье является обнаружение молекулы, называемой оксидом ванадия. Это первый раз, когда он был однозначно обнаружен на экзопланете и представляет большой интерес для астрономов, поскольку они знают, что он может оказать большое влияние на горячие планеты-гиганты. «Эта молекула играет роль, аналогичную озону в атмосфере Земли: она чрезвычайно эффективно нагревает верхние слои атмосферы», — пояснил Пеллетье. «Это приводит к тому, что температура увеличивается в зависимости от высоты, а не снижается, как это обычно наблюдается на более холодных планетах». Одного элемента, никеля, в атмосфере экзопланеты явно больше, чем ожидали астрономы. Многие гипотезы могли бы объяснить это; во-первых, WASP-76 b мог аккрецировать материал с планеты, похожей на Меркурий. В нашей Солнечной системе небольшая каменистая планета обогащена такими металлами, как никель, из-за того, как она образовалась. Команда Пеллетье также обнаружила, что асимметрия в поглощении железа между восточным и западным полушариями WASP-76 b, о которой сообщалось в предыдущих исследованиях, также присутствует для многих других элементов.
|
|
|
|
Это означает, что основное явление, вызывающее это, вероятно, является глобальным процессом, таким как разница в температуре или наличие облаков на одной стороне планеты, но не на другой, а не в результате конденсации в жидкую форму, как предполагалось ранее. Пеллетье и его команда очень хотят узнать больше об этой экзопланете и других сверхгорячих планетах-гигантах, отчасти для того, чтобы подтвердить свою гипотезу о совершенно разных атмосферах, которые могут преобладать на планетах, немного различающихся по температуре. Они также надеются, что другие исследователи будут использовать то, что они узнали об этой гигантской экзопланете, и применят их, чтобы лучше понять наши собственные планеты Солнечной системы и то, как они появились. «Поколения исследователей использовали Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, измеренные содержания водорода и гелия, для сравнения теорий формирования газообразных планет», — сказал Беннеке. «Точно так же измерения более тяжелых элементов, таких как кальций или магний, на WASP-76 b помогут лучше понять образование газообразных планет. «Окись ванадия и резкое начало холодовой ловушки на гигантской экзопланете» была опубликована 14 июня 2023 года в журнале Nature.
|
|
|
|
Источник
|
