За допомогою Дуже великого телескопа (Very Large Telescope, VLT) Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO), астрономи виявили найважчий елемент, який коли-небудь знаходили в атмосфері екзопланети — барій. Вони здивувалися, виявивши барій на великих висотах в атмосферах надгарячих газових гігантів WASP-76 b і WASP-121 b — двох екзопланет, що обертаються навколо зір за межами Сонячної системи. Це несподіване відкриття ставить питання про те, якими можуть бути ці екзотичні атмосфери.
«Загадковий та суперечливий момент: чому такий важкий елемент міститься у верхніх шарах атмосфери цих планет?» — сказав Томас Азеведо Сілва (Tomás Azevedo Silva), аспірант Університету Порту та Інституту астрофізики і науки Іспанії (ІА) у Португалії, який керував дослідженням. Його результати оприлюднив журнал Astronomy & Astrophysics.
WASP-76 b і WASP-121 b — це не звичайні екзопланети. Обидві відомі як надгарячі Юпітери, бо їхні розміри співмірні з розміром Юпітера, але їхні поверхні дуже розпечені — температури становлять понад 1000 °C. Це пов’язано з тим, що екзопланети містяться близько до материнських зір. А це, так само, означає, що період обертання навколо кожної зорі триває лише одну — дві доби. Такі умови привели до того, що планети мають досить екзотичні риси. Астрономи припускають, що, наприклад, на WASP-76 b ідуть залізні дощі.
На цій ілюстрації показано нічний бік екзопланети WASP-76 b. На денному боці цієї надгарячої екзопланети-гіганта температура піднімається вище 2400 градусів за Цельсієм. Цього достатньо для випаровування металів. Сильні вітри переносять пари заліза на холоднішу нічну сторону, де вони конденсуються в краплі заліза. На зображенні видно межу між нічною і денною сторонами екзопланети. Фото з сайту www.eso.org.
Але незважаючи на це, вчені були здивовані виявленням барію, який у 2,5 рази важчий за залізо, у верхніх шарах атмосфери WASP-76 b і WASP-121 b. «Зважаючи на сильну гравітацію планет, ми очікуємо, що важкі елементи, такі як барій, швидко потраплять у нижні шари атмосфери», — пояснив співавтор Олів’є Деманжон (Olivier Demangeon), дослідник також з Університету Порту та IA.
«Це було певною мірою “випадкове” відкриття», — зауважив Азеведо Сілва. «Ми не шукали і не очікували знайти конкретно барій, і нам довелося перевірити, чи сигнал від нього справді надходить із планети, адже його ніколи раніше не бачили на жодній екзопланеті».
Той факт, що барій виявлено в атмосферах надгарячих Юпітерів, свідчить про те, що ця категорія планет може бути навіть більш дивною, ніж астрономи вважали раніше. Хоча ми іноді бачимо барій небі Землі, як блискучий зелений колір у феєрверках, питання для вчених полягає в тому, який природний процес може привести до того, що цей важкий елемент міститься на такій великій висоті на цих екзопланетах. «Натеперми не розуміємо, що це за механізми», — зазначив Деманжон.
У дослідженні атмосфер екзопланет надгарячі Юпітери надзвичайно цікаві. Деманджон пояснив: «Оскільки вони газоподібні та гарячі, їхні атмосфери дуже протяжні, тому їх легше спостерігати та вивчати, ніж атмосфери менших або холодніших планет».
Щоб визначити склад атмосфери екзопланети, потрібне дуже спеціальне обладнання. Наукова група застосувала приймач ESPRESSO на VLT ESO в Чилі, щоб проаналізувати світло зір, яке пройшло крізь атмосфери WASP-76 b і WASP-121 b. Це дало змогу чітко виявити в них декілька елементів, зокрема і барій.
Ця анімація ілюструє метод транзитної спектроскопії, який астрономи використовують для вивчення атмосфери екзопланет. Коли планета проходить перед своєю зорею, світло зорі зазнає фільтрування елементами та молекулами в атмосфері планети. Це змінене світло зорі, яке ми реєструємо на Землі, містить унікальний хімічний відбиток, який видно, якщо світло розкласти в спектр.
Астрономи засосувалии цей метод транзиту, щоб виявити барій, найважчий елемент, який досі знаходили в атмосфера екзопланет, на двох екзопланетах, WASP-76 b і WASP-121 b. Речовина зорі складається з багатьох елементів, зокрема з водню і невеликої кількості барію. У міру того як світло зорі проходить крізь атмосферу планети, сигнал барію стає сильнішим, що вказує на його невловиму присутність в атмосфері екзопланети. Зверніть увагу, що в фактичних спектрах WASP-76 b і WASP-121 b є багато інших елементів, крім водню та барію, двох, які астрономи вирішили проілюструвати в цій анімації. Водень — найпростіший елемент у Всесвіті, у ядрі якого лише один протон. Барій набагато важчий, він має в своєму ядрі 56 протонів.
Барій виявлено в атмосферах двох надгарячих Юпітерів WASP-76 b і WASP-121 b за допомогою надзвичайно чутливого приладу ESPRESSO на Дуже великому телескопі ESO. Як барій може існувати на таких великих висотах у цих екзотичних атмосферах, залишається загадкою для астрономів.
Ці нові результати показують, що астрономи лише доторкнулись до таємниць екзопланет. Завдяки майбутнім інструментам, таким як Ешеле-спектрограф високої дисперсії ArmazoNes (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, ANDES) з високою роздільною здатністю, який працюватиме на новому Надзвичайно великому телескопі (Extremely Large Telescope, ELT) ESO, астрономи зможуть вивчати атмосфери великих і малих екзопланет, зокрема схожих на Землю, набагато докладніше. Це дозволить зібрати більше підказок щодо природи цих дивних світів.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
