Астрономи виявили нову хімічну сигнатуру в атмосфері екзопланети за допомогою телескопа Subaru

Міжнародна співпраця астрономів виявила нову хімічну сигнатуру в атмосфері позасонячної планети - тобто планети, яка обертається навколо зірки, відмінної від нашого Сонця. Гідроксильний радикал (ОН) був знайдений на денній стороні екзопланети WASP-33b.

Про це розповідається в прес-релізі на сайті телескопу Субару.

Планета WASP-33b — це так званий “надгарячий Юпітер”, планета-газовий гігант, яка обертається навколо своєї зірки набагато ближче, ніж Меркурій обертається навколо Сонця (рис. 1), і тому досягає температури понад 2500 градусів за Цельсієм (достатньо гаряче, щоб розплавити більшість металів). Провідний дослідник з Центру астробіології та Королівського університету в Белфасті, доктор Стеванус Нугрохо, каже: "Це перше пряме свідчення наявності ОН в атмосфері планети поза Сонячною системою. Це показує не тільк те, що астрономи можуть виявити цю молекулу в атмосферах екзопланет, а також те, що вони можуть почати розуміти детальну хімію цієї планетарної популяції".

В атмосфері Землі ОН в основному утворюється в результаті реакції водяної пари з атомарним киснем. Це так званий “атмосферний детергент”, який відіграє вирішальну роль в атмосфері Землі для очищення забруднюючих газів, небезпечних для життя (наприклад, метан, чадний газ). На набагато гарячішій і більшій планеті, такій як WASP-33b (рисунок 2, де астрономи раніше виявляли ознаки заліза та газу оксиду титану), ОН відіграє ключову роль у визначенні хімічного складу атмосфери через взаємодію з водяною парою та чадним газом. Вважається, що більша частина ОН в атмосфері WASP-33b утворюється в результаті руйнування водяної пари через надзвичайно високу температуру. "У наших даних ми бачимо лише попередній і слабкий сигнал водяної пари, що підтверджує думку про те, що вода руйнується з утворенням гідроксилу в цьому екстремальному середовищі", - пояснює доктор Ернст де Моодж з Королівського університету Белфаста, співавтор цього дослідження.

Рис. 2. © Astrobiology Center

Щоб зробити це відкриття, команда застосувала прилад InfraRed Doppler (IRD) на телескопі Subaru діаметром 8,2 метра, який знаходиться в районі вершини Маунакеа на Гаваях (близько 4200 м над рівнем моря). Цей новий прилад може виявляти атоми та молекули за допомогою їх "спектральних відбитків", унікальних наборів ознак темного поглинання, накладених на веселку кольорів (або спектр), яку випромінюють зірки та планети. У міру того, як планета обертається навколо своєї зірки, її швидкість щодо Землі змінюється з часом. Подібно до того, як сирена швидкої допомоги або гуркіт двигуна гоночного автомобіля, як ввижається, змінюють висоту тону, проїжджаючи повз нас, частоти світла (тобто кольору) цих спектральних відбитків змінюються зі швидкістю руху планети. Це дозволяє нам відокремити сигнал планети від її яскравої зірки, яка зазвичай перекриває такі спостереження, незважаючи на те, що сучасні телескопи не є настільки потужними, щоб робити прямі зображення таких екзопланет-"гарячих юпітерів".

"Наука про позасонячні планети є відносно новою, і ключовою метою сучасної астрономії є детальне вивчення атмосфер цих планет і врешті-решт пошук "землеподібних" екзопланет -- планет, схожих на нашу власну. Кожен новий відкритий вид атмосфери ще далі покращує наше розуміння екзопланет і методів, необхідних для вивчення їх атмосфери, і наближає нас до цієї мети", - говорить доктор Ніл Гібсон, доцент Трініті-коледжу в Дубліні та співавтор цієї роботи. Скориставшись унікальними можливостями IRD, астрономи змогли виявити крихітний сигнал від гідроксилу в атмосфері планети. "IRD -- це найкращий інструмент для вивчення атмосфери екзопланети в інфрачервоному просторі", - додає професор Мотохіде Тамура, один з головних дослідників IRD, директор Центру астробіології та співавтор цієї роботи.

"Ці методи для атмосферної характеристики екзопланет досі застосовні лише до дуже гарячих планет, але ми хотіли б і надалі розробляти прилади та техніки, які дозволяють застосовувати ці методи на більш холодних планетах і, врешті-решт, на другій Землі", - говорить д-р Хаджіме Кавахара, доцент Токійського університету та співавтор цієї роботи.

Професор Кріс Уотсон з Королівського університету в Белфасті, співавтор цього дослідження, продовжує: "Хоча WASP-33b може бути гігантською планетою, ці спостереження є випробуванням для наступного покоління об′єктів, таких як Тридцятиметровий телескоп і Європейський надзвичайно великий телескоп у пошуку біосигнатур на менших і потенційно кам’янистих світах, що може дати підказки на одне з найдавніших питань людства: "Чи одинокі ми?"

Ці результати були опубліковані в "Astrophysical Journal Letters" 23 березня 2021 р. (Nugroho et al. 2021, "Перше виявлення емісії гідроксильного радикалу з атмосфери екзопланети: високодисперсійна характеристика WASP-33b за допомогою Subaru/IRD").

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.