Zespół astrofizyków kierowany przez doktorantkę Engin Keles z AIP wykrył potas w atmosferze egzoplanety. To pierwsze takie odkrycie na podstawie badań spektroskopowych o wysokiej rozdzielczości. Instrument PEPSI (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument) zainstalowany na teleskopie LBT w Arizonie został wykorzystany do zbadania atmosfery egzoplanety HD189733b.
Od najwcześniejszych przewidywań teoretycznych opracowanych 20 lat temu, naukowcy spodziewali się wykrycia potasu i sodu w atmosferach gorących jowiszów, gazowych olbrzymów charakteryzujących się temperaturami kilku tysięcy kelwinów, krążących wokół odległych gwiazd. Choć wcześnie udało się zaobserwować sód, potasu nie udawało się zaobserwować aż do teraz, co stanowiło nie lada zagadkę dla chemii i fizyki atmosfer.
Pierwiastki w atmosferze planet można odkrywać analizując widmo gwiazdy macierzystej gdy planeta przechodzi na jej tle. Różne pierwiastki powodują powstawanie określonych linii absorpcyjnych w widmie promieniowania, które z kolei pozwalają nam określić skład chemiczny atmosfery. Niemniej jednak obecność chmur w atmosferach gorących jowiszów silnie osłabia wszelkie linie absorpcyjne, przez co bardzo trudno je dostrzec. Nawet w przypadku HD 189733b, najdokładniej zbadanego gorącego jowisza, jak dotąd naukowcy dysponowali jedynie wątpliwymi i nieprecyzyjnymi danymi o ilości potasu. Oddalona od o nas o 64 lata świetlne planeta rozmiarów jowisza okrążą swoją gwiazdę – czerwonego olbrzyma – w ciągu 53 godzin i oddalona jest od niej o zaledwie 5 milionów kilometrów (Ziemia oddalona jest od Słońca o 150 mln km). Potrzeba był mocy dwóch 8,4-metrowych zwierciadeł teleskopu LBT oraz wysokiej rozdzielczości widmowej PEPSI, aby z pewnością stwierdzić obecność potasu w warstwie atmosfery znajdującej się powyżej chmur egzoplanety. Dzięki nowym pomiarom, badacze mogą porównać sygnały widmowe potasu i sodu i tym samym dowiedzieć się więcej o procesach takich jak kondensacja czy fotojonizacja w atmosferach egzoplanet.
W ramach prowadzonych badań naukowcy zastosowali technikę zwaną spektroskopią transmisyjną. Wymaga ona tego, aby planeta przechodziła (z punktu widzenia obserwatora na Ziemi) na tle tarczy swojej gwiazdy macierzystej. „Wykonaliśmy widma promieniowania podczas tranzytu i porównaliśmy głębokość absorpcji” mówi główna autorka opracowania, Engin Keles z AIP. „Podczas tranzytu dostrzegliśmy sygnaturę potasu, która zniknęła przed i po tranzycie zgodnie z naszymi oczekiwaniami. Oznacza to, że linie absorpcyjne powstawały w atmosferze tranzytującej planety”. Badania prowadzone przez inne zespoły podejmowały już próby wykrycia potasu w atmosferze tej samej egzoplanety, jednak albo nie prowadziły do wykrycia, albo sygnał był zbyt słaby, aby był statystycznie znaczący.
„Nasze obserwacje z pewnością stanowią przełom” podkreśla dr Matthias Mallonn, współautor opracowania. „PEPSI jest idealnym instrumentem do takich badań z uwagi na swoją wysoką rozdzielczość widmową, która pozwala nam zbierać więcej fotonów na piksel z bardzo wąskich linii widmowych niż jakikolwiek inny system teleskop-spektrograf”.
Źródło: Leibniz-Institut fur Astrophysik Potsdam