«Горячая картошка» в мире экзопланет: как атмосфера экзопланеты WASP-121b меняет наше представление о рождении планет-гигантов?
Астрономы уже давно грезят о понимании того, как формируются планеты за пределами нашей Солнечной системы. Как рождаются эти миры и почему они так отличаются от нашего «дома»? Одно из главных направлений в этой области — изучение атмосфер газовых гигантов. Анализируя их состав, ученые стремятся разгадать тайны их происхождения и миграции.
Два важных показателя для планетологов — это металличность атмосферы (проще говоря, содержание элементов тяжелее водорода и гелия) и соотношение углерода к кислороду (C/O). Соотношение C/O особенно интересно, поскольку оно может помочь определить, где планета сформировалась изначально — ближе к звезде или дальше. Однако C/O — не единственный ключ к разгадке. Чтобы «раскрыть все карты», необходимо также учитывать соотношение тугоплавких (т.е. элементов, которые конденсируются при высоких температурах) к летучим элементам.
WASP-121 b: «Горячая картошка» в мире экзопланет
В этот раз объектом пристального внимания исследователей стала экзопланета WASP-121 b. Этот газовый гигант, вращающийся вокруг своей звезды так близко, что буквально «жарится», считается одной из наиболее изученных экзопланет. Ее уже не раз «прощупывали» различными инструментами, в том числе мощными телескопами «Хаббл» и «Спитцер». Но, несмотря на это, точное значение C/O оставалось загадкой.
Команда астрономов из разных стран решила подойти к делу по-новому. Они воспользовались мощным инфракрасным спектрографом IGRINS, установленном на телескопе «Джемини-Юг» в Чили. Этот инструмент может «видеть» излучение планеты в H- и K-диапазонах, что позволяет одновременно изучать как летучие (например, воду), так и тугоплавкие (например, железо) вещества.
Результаты, которые заставляют задуматься
Наблюдения IGRINS за WASP-121 b позволили измерить как соотношение C/O, так и отношение тугоплавких к летучим элементам. И вот что получилось:
- Соотношение C/O оказалось неожиданно высоким — примерно 0,7, что значительно превышает значение для Солнца (около 0,55). Это говорит о том, что в атмосфере WASP-121 b углерода больше, чем можно было ожидать.
- Отношение тугоплавких к летучим также оказалось выше, чем у звезды, но не так значительно, как C/O.
Вместе эти результаты намекают на то, что планета сформировалась где-то между так называемой «линией сажи» (где при нагреве сублимируется углерод) и линией замерзания воды. Но также нельзя исключить возможность, что она родилась между линией замерзания воды и угарного газа (CO), или же за пределами линии CO.
Интересный факт: ученые также заметили различия в скорости движения водяного пара, угарного газа и гидроксила в атмосфере планеты. Возможно, это связано с неоднородностью состава и химическими реакциями, происходящими на дневной стороне WASP-121 b.
Что все это значит?
Результаты этого исследования не только подтверждают, что WASP-121 b действительно уникальна, но и предоставляют новые ключи к пониманию процессов планетообразования. Высокое соотношение C/O и повышенное содержание тугоплавких элементов — признак того, что планета, возможно, формировалась не совсем там, где предполагалось, а ближе к звезде, но за линией замерзания воды.
Взгляд в будущее
В конечном итоге, все эти измерения подчеркивают силу комбинации высокого разрешения спектроскопии и новых, точных инструментов, таких как IGRINS. Чем больше мы изучаем такие миры, как WASP-121 b, тем больше шансов раскрыть тайны формирования планет в самых разных уголках нашей Вселенной.
Завершение
Эта работа показывает, что использование современных инфракрасных спектрографов позволяет изучать атмосферу далеких планет с unprecedented уровнем детализации. Результаты анализа атмосферы WASP-121 b показывают, что она обладает уникальным набором химических элементов, и ее происхождение может быть не таким, каким мы его представляли ранее. Нам еще предстоит много узнать о планетах вне нашей Солнечной системы, но с каждым новым исследованием мы становимся на шаг ближе к разгадке тайн их формирования.
