747
Надгарячий газовий гігант за майже 320 світлових років від Землі вперше напряму підтвердив ключове припущення про формування планет. Астрономи з’ясували, що екзопланета WASP-189b має співвідношення магнію й силіцію в атмосфері, дуже схоже на таке в її материнській зірці. Про це йдеться в повідомленні ScienceDaily.
Це відкриття дає потужний інструмент для оцінки складу далеких скелястих планет і визначення світів із умовами, потенційно сприятливими для життя. Вперше вдалося одночасно виміряти газоподібні магній і силіцій в атмосфері екзопланети, що й дозволило порівняти їх із хімічним складом зорі.
Надгарячий юпітер як «лабораторія» для планет
WASP-189b розташована в сузір’ї Терезів і належить до класу так званих надгарячих юпітерів. Це гігантські планети, які обертаються дуже близько до своїх зірок і нагріваються до екстремальних температур. Там настільки спекотно, що речовини, які на Землі входять до складу каменю, перетворюються на газ.
За таких умов у розпечених атмосферах можна виявляти елементи, пов’язані з твердою речовиною, зокрема магній (Mg), силіцій (Si) та залізо (Fe). Астрономи ідентифікують їх за допомогою спектроскопії — методу, який розкладає світло на окремі довжини хвиль і дозволяє «прочитати» хімічний склад випромінювання.
Міжнародна команда під керівництвом аспіранта Аризонського державного університету Хорхе Антоніо Санчеса (Jorge Antonio Sanchez) досліджувала WASP-189b за допомогою високодетального інфрачервоного спектрографа IGRINS (Immersion GRating INfrared Spectrograph). На момент спостережень прилад був встановлений на телескопі Gemini South у Чилі, що входить до Міжнародної обсерваторії Gemini.
Уперше в атмосфері екзопланети одночасно виміряли вміст магнію та силіцію. З’ясувалося, що їхнє співвідношення на WASP-189b дуже близьке до того, яке спостерігається в її материнській зорі. Це стало першим прямим спостережним підтвердженням широко вживаного припущення про хімічну спорідненість планет і зір, біля яких вони формуються.
Давно підозрюваний зв’язок зірок і планет
Вважається, що гігантські планети на кшталт WASP-189b утворюються в масивних протопланетних дисках газу й пилу, що оточують молоді зірки. Ці диски — «будівельний майданчик», де з вихідної речовини поступово народжуються планети.
Зірка і її диск формуються з однієї й тієї самої хмари. Тому астрономи давно припускали, що вміст ключових, «каменеутворювальних» елементів у зорі та диску має бути подібним. Зокрема, очікувалося, що співвідношення таких елементів, як магній і силіцій, у диску нагадуватиме те, що вимірюється в центральній зорі.
Це співвідношення використовують як інструмент для прогнозування складу скелястих екзопланет. Але донині цю ідею підтверджували переважно на прикладі власної Сонячної системи. Прямих вимірювань такого ж зв’язку в планети біля іншої зорі не було.
Виявлене на WASP-189b співпадіння співвідношення магній/силіцій із її зіркою заповнює цю прогалину. Воно посилює наукові підстави спиратися на хімічний склад зір для реконструкції умов, з яких народжуються їхні планети.
Хімія як підказка для пошуку життя
Значення роботи виходить за межі самого процесу складання планет «по цеглинках». Хімічний зв’язок між зорями та їхніми планетами важливий і для астробіології, що вивчає можливість життя поза Землею та умови, які можуть цьому сприяти.
Проаналізувавши елементи в зорі, астрономи потенційно можуть оцінити, скільки твердого, «кам’яного» матеріалу було доступно для формування її планет. Саме цей матеріал визначає внутрішню будову, геологічну активність і хімічне середовище планети — чинники, що впливають на можливу придатність до життя.
Земля є наочним прикладом. Її елементний склад зумовлює такі процеси, як тектоніка плит, генерація захисного магнітного поля та циркуляція ключових хімічних елементів між атмосферою, океанами й ґрунтом. У сукупності вони формують середовище, в якому змогло виникнути й розвиватися життя.
У міру того як спостереження дедалі більше зосереджуватимуться на менших, скелястих екзопланетах, надійне співвіднесення хімії зір і складу планет стає критично важливим. Результати для WASP-189b — важливий крок до такого зв’язку.
Роль наземних телескопів і подальші кроки
Отримати настільки тонкі вимірювання можна лише за допомогою інструментів, здатних розрізняти найдрібніші деталі в спектрі світла далеких планетних атмосфер. За словами дослідників, нині потрібна для цього спектральна роздільна здатність досяжна тільки на наземних телескопах.
Дослідження показало, що високодетальні спектрографи на кшталт IGRINS можуть надійно визначати вміст магнію й силіцію — двох ключових «будівельних блоків» для скелястих планет. Це відкриває новий вимір у вивченні атмосфери екзопланет і їхнього походження.
Команда очікує, що майбутні спостереження в різних діапазонах довжин хвиль за допомогою подібно точних інструментів дозволять виявити ще ширший набір елементів в екзопланетних атмосферах. Чим повнішою буде ця хімічна «картина», тим краще вчені зможуть відстежити, як формуються й еволюціонують планети та за яких умов можуть виникати потенційно придатні для життя світи.
З відкриттям хімічної спорідненості WASP-189b із її зіркою астрономи отримали важливе підтвердження принципу, який допоможе орієнтуватися в пошуках життєпридатних планет по всій Галактиці. Для зацікавлених докладнішим поясненням існує також відеоматеріал «Gemini South Confirms Long-Suspected Link Between the Composition of Exoplanets and Their Host Stars», доступний на платформі відеохостингу.
Планета WASP-189b підтвердила хімічну спорідненість із своєю зіркою з’явилася спочатку на Цікавості.
