Телескоп Gemini North дав змогу виявити кілька елементів, які на Землі утворюють тверду гірську породу (камені), в атмосфері гарячої екзопланети. Хімія так званого «гарячого Юпітера» проливає нове світло на процес формування Сонячної системи.
Астрономи за допомогою телескопа Gemini North («Близнюк-Північ»), що разом з телескопом Gemini South належить Міжнародній обсерваторії Gemini (нею керує NOIRLab NSF), виявили елементи, які на Землі утворюють тверді гірські породи, в атмосфері екзопланети WASP-76b. Так званий «гарячий Юпітер», тобто екзопланета розміру Юпітера, лежить на близькій відстані від своєї материнської зорі. Це спричиняє нагрівання атмосфери планети до разючих температур. Як наслідок — елементи, які утворюють тверду породу, зокрема магній, кальцій і залізо, випаровуються і розсіюються в атмосфері. Вивчення хімії атмосфери цієї екзопланети дає нові знання про формування планетних систем, зокрема і нашої власної.
WASP-76b — це дивний світ. Розташована на відстані 634 світлових років від Землі в напрямку сузір’я Риб, екзопланета, схожа на Юпітер, обертається навколо своєї материнської зорі на дуже близькій відстані — приблизно в 12 разів ближче, ніж Меркурій від Сонця. Це спричиняє нагрівання її атмосфери до пекучих 2000 градусів за шкалою Цельсія. Такі екстремальні температури «роздули» планету, збільшивши її об’єм майже вшестеро більше, ніж у Юпітера.
За таких високих температур елементи, що утворюють мінерали, можна виявити. На відміну від холодних планет-гігантів, де такі елементи приховані в їхніх атмосферах.
За допомогою телескопа Gemini North в атмосфері WASP-76b міжнародна група астрономів виявила 11 елементів, які можуть утворювати тверду гірську породу. Наявність і відносна кількість цих елементів може дати розуміння того, як саме утворюються гігантські газові планети — те, що залишається невизначеним навіть для Сонячної системи. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.
З моменту відкриття в 2013 році під час виконання програми Wide Angle Search for Planets (WASP) багато астрономів вивчали загадкову WASP-76b. Ці дослідження привели до ототожнення різних елементів, присутніх в атмосфері гарячої екзопланети. Зокрема, у дослідженні, результати якого були оприлюднені в березні 2020 року, науковці дійшли висновку, що на планеті може бути залізний дощ.
Взявши до уваги попередньо здобуті результати, Стефан Пеллетьє (Stefan Pelletier), аспірант Інституту дослідження екзопланет імені Тротьє при Університеті Монреаля та провідний автор статті в Nature, вирішив дослідити таємниці цієї дивної екзопланети та хімічний склад її пекучої атмосфери.
У 2020 і 2021 роках за допомогою приймача MAROON-X (новий інструмент, спеціально розроблений для виявлення та вивчення екзопланет) на Gemini North, Пеллетьє та його наукова група тричі спостерігали планету, коли вона проходила перед своєю материнською зорею. Ці спостереження дали змогу виявити в атмосфері WASP-76b низку елементів, що можуть утворювати мінерали, зокрема натрій, калій, літій, нікель, марганець, хром, магній, ванадій, барій, кальцій і залізо, яке інші науковці виявили раніше.
Через екстремальні температури атмосфери WASP-76b елементи, виявлені дослідниками, які зазвичай на Землі утворюють гірські породи, натомість випаровуються і, таким чином, присутні в атмосфері у газоподібній формі. Хоча зазначені елементи є у складі газових гігантів у Сонячній системі, ці планети надто холодні, щоб елементи могли випаруватися в атмосферу, що робить їх практично непомітними.
«Справді, рідко трапляються випадки, коли екзопланета, віддалена за сотні світлових років від Землі, може навчити нас чомусь, чого інакше було б неможливо дізнатися про нашу власну планетну систему», — сказав Пеллетьє. «Це стосується цього дослідження».
Вміст багатьох із цих елементів майже відповідає вмісту, виявленому як у Сонці, так і в материнській зорі екзопланети. Це може бути не випадковим збігом і надає додаткові докази уявленням, що планети-гіганти, такі як Юпітер і Сатурн, формуються у спосіб, більш схожий на утворення зір, тобто через скупчення газу та пилу протопланетного диска, а не через поступове зрощення та зіткнення пилинок, каміння та планетезималей, які далі утворюють землеподібні планети, такі як Меркурій, Венера та Земля.
Ще одним важливим результатом дослідження є перше в історії однозначне виявлення оксиду ванадію на екзопланеті. «Ця молекула становить великий інтерес для астрономів, бо вона може мати великий вплив на структуру атмосфери гарячих планет-гігантів», — сказав Пеллетьє. «Ця молекула відіграє роль, схожу до ролі озону в атмосфері Землі, де він надзвичайно ефективний для процесу нагрівання її верхніх шарів».
Пеллетьє та його наукова група прагнуть дізнатися більше про WASP-76b та інші надгарячі екзопланети. Вони також сподіваються, що дослідники використають їхні результати вивчення гігантської екзопланети і застосують ці знання для поглиблення розуміння планет Сонячної системи і того, як вони виникли.
«Доступна для астрономів у всьому світі, Міжнародна обсерваторія Gemini надає можливість здобувати нові знання, які розширюють наше розуміння фізичної та хімічної структури інших світів. За допомогою таких спостережних програм ми створюємо чіткішу картину Всесвіту та нашого місця в ньому», — сказав програмний директор NSF Gemini Observatory Мартін Стілл (Martin Still).
«Покоління дослідників використовували вимірювання вмісту водню та гелію на Юпітері, Сатурні, Урані та Нептуні, щоб порівняти теорії формування планет-гігантів», — сказав професор Монреальського університету Бьорн Беннеке (Björn Benneke), співавтор дослідження. «Таким же чином вимірювання більш важких елементів, таких як кальцій або магній на WASP-76b, допоможуть глибше зрозуміти формування газоподібних планет».
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
