Piekielny świat z tytanowym niebem

Astronomowie korzystający z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) po raz pierwszy w historii odkryli tlenek tytanu w atmosferze egzoplanety. Odkrycie tego związku w pobliżu gorącego jowisza WASP-19b możliwe było dzięki możliwościom instrumentu FORS2. Urządzenie to dostarcza unikalnych informacji o składzie chemicznym i strukturze temperatur i ciśnienia w atmosferze tego nietypowego, bardzo gorącego globu. Wyniki badań opublikowane zostały w dzisiejszym wydaniu periodyku Nature.

Zespół astronomów kierowany przez Elyara Sedaghati, badacza ESO i świeżego absolwenta TU Berlin zbadał amosferę egzoplanety WASP-19b bardziej szczegółowo niż było to możliwe wcześniej. Ta niesamowita planeta ma mniej więcej taką samą masę co Jowisz, jednak krąży tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, że okrąża ją w zaledwie 19 godzin. Atmosfera tej planety natomiast charakeryzuje się temperaturą około 2000 stopni Celsjusza.

Gdy WASP-19b przechodzi na tle tarczy swojej gwiazdy macierzystej, część promieniowania emitowanego przez gwiazdę przechodzi przez atmosferę planety pozostawiając na tym świetle delikatne odciski. Wykorzystując instrument FORS2 zainstalowany na VLT badacze byli w stanie dokładnie przeanalizować tę część promieniowania i wydedukować, że atmosfera zawiera niewielkie ilości tlenku tytanu, wody oraz śladowe ilości sodu.

„Wykrycie takich związków nie należy jednak do zadań łatwych”,  tłumaczy Elyar Sedaghati, który spędził 2 lata jako student ESO pracując nad tym projektem. „Potrzebujemy nie tylko danych najwyższej jakości, lecz także musimy przeprowadzić wyrafinowaną analizę tych danych. W naszej pracy wykorzystaliśmy algorytm, który bada wiele milionów widm obejmujących szeroką paletę składów chemicznych, temperatur, właściwości chmur i mgieł, aby  dojść do ostatecznych wniosków”.

Tlenek tytanu występuje na Ziemi w znikomych ilościach. To związek istniejący w atmosferach chłodnych gwiazd. W atmosferach gorących planet takich jak WASP-19b działa on jako pochłaniacz ciepła. Jeżeli jest go wystarczająco dużo, uniemożliwia on przenikanie oraz ucieczkę ciepła z atmosfery prowadzą do inwersji cieplnej – temperatura jest wyższa w górnych warstwach atmosfery i niższa w niższych. Podobną rolę na Ziemi odgrywa ozon, który prowadzi do inwersji w stratosferze.

„Obecność tlenku tytanu w atmosferze WASP-19b może mieć istotny wpływ na strukturę temperatur w atmosferze tej planety” tłumaczy Ryan MacDonald, inny członek zespołu i astronom z Uniwersytetu w Cambridge. „Możliwość badania egzoplanet na tym poziomie szczegółowości jest naprawdę ekscytująca i obiecująca” dodaje Nikku Madhusudhan z Cambridge, która nadzorowała prace nad teoretyczną interpretacją danych obserwacyjnych.

Astronomowie zbierali dane obserwacyjne dotyczące WASP-19b na przestrzeni ponad roku. Mierząc względne odchylenia promienia planety na różnych długościach fali promieniowania przenikającego przez atmosferę planety i porównując je do modeli atmosferycznych, badacze mogli ekstrapolować różne właściwości takie jak skład chemiczny, atmosfery tej planety.

Nowe informacje dotyczące obecności tlenków metali takich jak tlenek tytanu i innych substancji pozwolą na dużo lepsze modelowanie atmosfer egzoplanetarnych. W przyszłości, gdy astronomowie będą już w stanie obserwować atmosfery planet potencjalnie sprzyjających życiu, takie udoskonalone modele będą lepiej służyły do określania cech ich atmosfer.

„To ważne odkrycie możliwe było dzięki renowacji instrumentu FORS2, która została przeprowadzona właśnie po to, aby umożliwić takie badania”, dodaje Henri Boffin z ESO nadzorujący renowację instrumentu.

Źródło: ESO