"Вебб" виявив кристали кварцу в хмарах екзопланети, яка усемеро більше нашого Юпітера

За допомогою космічного телескопа "Джеймс Вебб" (JWST) виявлено ознаки наявності нанокристалів кварцу у висотних хмарах WASP-17 b - екзопланети-газового гіганта, що знаходиться на відстані 1300 світлових років від Землі.

Про це розповідають в Корнелльському університеті, передають OstanniPodii.com.

Виявлення, що стало унікальною можливістю завдяки MIRI (Інструмент середнього інфрачервоного діапазону Вебба), знаменує собою перший випадок виявлення частинок кремнезему (SiO2) в атмосфері екзопланет.

Кристали кварцу мають розмір лише близько 10 нанометрів, що настільки мало, що 10 000 з них могли б вміститися поруч на людській волосині. Про їхні розміри та склад чистого кварцу повідомляється в роботі "JWST-TST DREAMS: кварцові хмари в атмосфері WASP-17b", опублікованій в Astrophysical Journal Letters.

"Дані "Габбла" фактично зіграли ключову роль у визначенні розміру цих частинок. Ми знаємо про наявність кремнезему тільки з MIRI-даних "Вебба", але нам потрібні були видимі та ближні інфрачервоні спостереження "Габбла" для контексту, щоб зрозуміти, наскільки великими є кристали", - сказала співавторка дослідження Ніколь Льюїс, доцентка астрономії в Коледжі мистецтв і наук, співробітниця Інституту Карла Сагана та керівниця програми, покликаної допомогти у створенні тривимірного виду атмосфери гарячого юпітера.

"Вебб" спостерігав систему WASP-17 протягом майже 10 годин, зібравши понад 1275 вимірювань яскравості від 5 до 12-мікронного випромінювання в середньому інфрачервоному діапазоні, коли планета перетинала свою зорю. Віднімаючи яскравість окремих довжин хвиль світла, що потрапили до телескопа, коли планета перебувала перед зорею, з яскравості світла зорі окремо, дослідницька група змогла розрахувати кількість хвиль, заблокованих атмосферою планети.

У результаті було виявлено несподіваний "сплеск" у ділянці 8,6 мкм, який найкраще пояснюється тим, що хмари складаються з кварцу, а не із силікатів магнію або інших можливих високотемпературних аерозолів, таких як оксид алюмінію.

Хвилі світла, виявлені в хмарах екзопланети-гарячого газового гіганта WASP-17 b, показали наявність кварцу (кристалічного кремнезему, SiO2), як показано на цьому графіку. Це перший випадок виявлення SiO2 на екзопланетах. Credit: NASA, ESA, CSA, and R. Crawford (STScI). Science: Nikole Lewis (Cornell University), David Grant (University of Bristol), Hannah Wakeford (University of Bristol) from the Space Telescope Science Institute.

Унікальна здатність "Вебба" вимірювати надзвичайно тонкий вплив цих кристалів на зоряне світло - причому з відстані понад 11 мільйонів мільярдів кілометрів - дає змогу отримати найважливішу інформацію про склад атмосфер екзопланет та нові відомості про їхню погоду.

Результати, отримані авторами статті, що входять до складу наукової групи телескопа JWST, а також співробітниками Дослідницького центру НАСА імені Еймса та Центру космічних польотів НАСА імені Годдарда, дають змогу по-новому поглянути на наше розуміння того, як формуються й еволюціонують хмари екзопланет. Замість багатих на магній силікатів, як-от олівін і піроксен, що спостерігаються на інших екзопланетах, дослідники виявили їхні будівельні блоки - чистий кремнезем, необхідний для формування більших силікатних зерен, що трапляються у коричневих карликів і холодніших екзопланет.

Маючи об′єм, що більш ніж у сім разів перевищує об′єм Юпітера, і масу менше половини маси Юпітера, WASP-17 b є однією з найбільших і "пухких" відомих екзопланет. Це, а також короткий орбітальний період (3,7 земної доби) роблять планету ідеальним об′єктом для трансмісійної спектроскопії - методу, що полягає у вимірі ефектів фільтрації та розсіювання зоряного світла атмосферою планети з метою визначення характеристик її складу.

На відміну від мінеральних частинок, що зустрічаються в хмарах на Землі, кристали кварцу, виявлені в хмарах WASP-17 b, не були підняті зі скелястої поверхні. Замість цього вони виникають у самій атмосфері.

WASP-17 b дуже гарячий - близько 1500 за Цельсієм, а тиск, за якого утворюються кристали кварцу в атмосфері, становить лише одну тисячну частину від того, який ми відчуваємо на поверхні Землі. "За таких умов тверді кристали можуть утворюватися безпосередньо з газу, не проходячи спочатку через рідку фазу", - каже перший автор роботи Девід Грант з Бристольського університету.

"Точну кількість кварцу та ступінь поширеності хмар визначити складно, але команда має намір зробити це, об′єднавши дані спостережень WASP-17b з іншими спостереженнями системи за допомогою JWST", - сказала Льюїс.

WASP-17 b - одна з трьох планет, на які націлена група вчених телескопа JWST у рамках дослідження "Глибока розвідка атмосфер екзопланет за допомогою багатоінструментальної спектроскопії" (DREAMS), покликаного зібрати повний набір спостережень по одному представнику кожного ключового класу екзопланет: гарячий юпітер, теплий нептун і помірна кам′яниста планета.