Żelazo i tytan w atmosferze egzoplanety

Wizja artystyczna przedstawiająca wschód Słońca nad KELT-9b. Pobliska gorąca błękitna gwiazda zajmuje 35 stopni nieba i jest niemal 70 razy większa od Słońca widzianego z Ziemi. Źródło: Denis Bajram

Egzoplanety czyli planety krążące wokół innych gwiazd niż Słońce, czasami mogą poruszać się po bardzo ciasnej orbicie wokół swoich gwiazd macierzystych. Gdy gwiazda macierzysta jest dużo gorętsza od Słońca, egzoplanety także mogą stać się bardzo gorące. Najgorętszą, “ultra-gorącą” egzoplanetę odkryli w ubiegłym roku naukowcy z USA. Dzisiaj, międzynarodowy zespół kierowany przez badaczy z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) we współpracy z teoretykami z Uniwersytetu w Bernie (UNIBE) w Szwajcarii odkryli obecność oparów żelaza i tytanu w atmosferze tej planety. Odkrycie tych ciężkich metali było możliwe dzięki wysokiej temperaturze powierzchni planety, sięgającej ponad 4000 stopni. Odkrycie ogłoszono dzisiaj w periodyku Nature.

Pisaliśmy o tym tutaj:

Astronomowie odkrywają planetę gorętszą od większości gwiazd

KELT-9 to gwiazda oddalona od nas o 650 lat świetlnych, znajdująca się gwiazdozbiorze Łabędzia (Cygnus). Z temperaturą przekraczającą 10 000 stopni, jest ona niemal dwukrotnie gorętsza od Słońca. Wokół gwiazdy krąży gazowy olbrzym KELT-9b, który znajduje się w odległości 30 razy mniejszej od gwiazdy niż odległość Ziemia-Słońce. Z uwagi na tę bliskość, planeta okrąża swoją gwiazdę w czasie 36 godzin, a jej powierzchnia rozgrzewa się do temperatury ponad 4000 stopni. Nie jest ona co prawda gorętsza od Słońca, ale od wielu innych gwiazd już tak. Jak na razie nie wiemy jak wygląda atmosfera takiej planety lub jak może ewoluować w takich ekstremalnych warunkach.

Badacze NCCR PlanetS teoretycznie przeanalizowali atmosferę planety KELT-9b. “Wyniki ich symulacji wskazują, że większość znajdujących się tam pierwiastków powinna występować w formie atomowej, ponieważ wiązania utrzymujące związki chemiczne zrywane są przez zderzenia  cząsteczek zachodzące przy ekstremalnie wysokich temperaturach” tłumaczy prof. Kevin Heng z UNIBE. To bezpośredni skutek wysokiej temperatury. Wykonane przez naukowców badania przewidują także możliwość zaobserwowania gazowego żelaza atomowego w atmosferze planety za pomocą obecnie dostępnych teleskopów.

Zespół badawczy uważnie obserwował planetę podczas jej przejścia na tle tarczy jej gwiazdy macierzystej (tj. podczas tranzytu). W trakcie tranzytu, niewielki ułamek promieniowania gwiazdy przenika przez atmosferę planety, a analiza tego przefiltrowanego światła pozwala nam dostrzec skład chemiczny atmosfery planety. Badania tego typu przeprowadza się za pomocą spektrografu, który rozbija białe światło na składające się na nie widmo. Opary żelaza, jeżeli faktycznie są one obecne, pozostawiłyby rozpoznawalny ślad w widmie obserwowanej planety.

Za pomocą spektrografu HARPS-North zbudowanego w Genewie i zainstalowanego na Telescopio Nazionale Galileo w La Palma, astronomowie odkryli silny sygnał odpowiadający oparom żelaza w widmie planety. “Uwzględniając przewidywania teoretyczne, było to niczym podążanie zgodnie z mapą skarbów” mówi Jens Hoeijmakers, badacz na Uniwersytecie w Genewie i Bernie oraz główny autor opracowania. “Gdy bardziej zanurzyliśmy się w dane, odkryliśmy jeszcze więcej”  dodaje. Zespół badawczy oprócz żelaza odkrył także ślad tytanu w formie gazowej.

Odkrycie to pozwala nam poznać właściwości atmosfery nowej klasy tak zwanych “ultragorących jowiszów”. Niemniej jednak, badacze uważają, że wiele egzoplanet po prostu całkowicie wyparowało w środowiskach podobnych do tego, w jakim znajduje się KELT-9b. Choć ta konkretna planeta jest prawdopodobnie wystarczająco masywna, aby uniknąć całkowitego odparowania, najnowsze badania wskazują na silny wpływ promieniowania gwiazdy na skład chemiczny atmosfery. W rzeczy samej, obserwacje potwierdzają, że wysokie temperatury na powierzchni tej planety rozbijają większość związków chemicznych, włącznie z tymi zawierającymi żelazo czy tytan. W przypadku chłodniejszych egzoplanet, te atomowe odmiany skrywają się w gazowych tlenkach lub istnieją w formie cząstek pyłu, przez co są trudne do wykrycia. Nie jest tak jednak w przypadku KELT-9b. “Ta planeta stanowi unikalne laboratorium do analizowania ewolucji atmosfer w intensywnym promieniowaniu gwiazd” podsumowuje David Ehrenreich, główny badacz zespołu FOUR ACES w UNIGE.

Źródło: University of Geneva