Астрономы нашли на горячей экзопланете аналог озонового слоя, который защищает от ультрафиолета
Открытие поможет астрономам разобраться в устройстве других экзопланет, включая похожие на Землю.
Смоделированное изображение того, как могла бы выглядеть WASP-189b на фоне своей звезды, от ESA
Международная группа учёных из Лундского, Бернского и Женевского университетов, а также Национального центра компетенций (NCCR) PlanetS впервые подтвердила наличие оксида титана в атмосфере горячего юпитера WASP-189b. Открытие сделали с помощью спектрографа HARPS — прибора из обсерватории Ла-Силья, считывающего электромагнитный спектр. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Что за экзопланета WASP-189b и почему она считается самой экстремальной
WASP-189b — планета за пределами Солнечной системы, расположенная в 322 световых годах от Земли. Она примерно в 20 раз ближе к своей звезде HD 133112, чем Земля к Солнцу, а год на ней длится 2,7 дня. Наблюдения с помощью космического телескопа CHEOPS (миссия Европейского космического агентства, посвящённая характеристике экзопланет) в 2020 году показали дневную температуру в 3200 градусов по Цельсию.
Планета считается самой экстремальной из более чем 4000 обнаруженных человечеством экзопланет, а звезда, вокруг которой вращается WASP-189b, сильно отличается от Солнца: она значительно крупнее и горячее более чем на две тысячи градусов по Цельсию. Известно лишь несколько планет, вращающихся вокруг настолько горячих звезд — WASP-79b или TOI-1518b, например. Система с WASP-189b на сегодняшний день остается самой яркой из них.
Иллюстрация WASP-189b от Бернского университета
Экзопланетами называют все планеты за пределами Солнечной системы. Впервые их обнаружили в 1995 году астрономы Мишель Майор и Дидье Кело. Такие планеты могут быть разными: миниатюрными и скалистыми или огромными газовыми гигантами.
Горячие юпитеры — класс экзопланет с массой примерно как у Юпитера, но чаще всего они расположены к своей звезде гораздо ближе. Большая часть из них вращается вокруг «солнц» меньше, чем за 10 дней (для сравнения, у Юпитера на это уходит 12 лет). Самой короткой орбитой из горячих юпитеров обладает планета TOI-2109b: ей достаточно 16 часов, чтобы «облететь» свою звезду.
«Озоновый слой» для сверхгорячих юпитеров
Температура атмосферы уменьшается с увеличением высоты, если только не существует коротковолнового поглотителя, вызывающего температурную инверсию – в атмосфере Земли эту роль играет озон. Теория атмосфер предполагала, что у других планет, например, сильно облученных, коротковолновыми поглотителями могут быть оксид титана (TiO) и оксид ванадия (VO). Новое исследование подтвердило обнаружение TiO у сверхгорячего юпитера WASP-189b.
Учёные также сообщили об обнаружении металлов — нейтрального и однократно ионизированного железа и титана, хрома, магния, ванадия и марганца (Fe, Fe+, Ti, Ti+, Cr, Mg, V, Mn). То, как они расположены и изменяются, говорит о расслоении атмосферы экзопланеты. Примерно как на Земле.
Атмосфера Земли не однородна, а состоит из отдельных слоев, каждый из которых имеет свои характерные свойства. Самый нижний слой, тропосфера, содержит большую часть водяного пара. В ней происходит большинство погодных явлений. Слой выше, стратосфера, включает в себя озоновый слой, защищающий людей от губительного воздействия ультрафиолета. Атмосфера WASP-189b, по новым данным, может иметь такие же отчетливые слои.
Схематическое изображение того, где расположен озоновый слой, от Flight Literacy
До публикации исследования считалось, что атмосферы экзопланет существуют только в виде однородного слоя. Новая статья показывает, что даже атмосферы сильно облучённых газовых гигантов имеют сложную трёхмерную структуру. Дальнейшее изучение потребует инноваций в методах анализа данных, компьютерного моделирования и фундаментальной теории атмосфер.
Оксид титана поглощает коротковолновое излучение, такое как ультрафиолетовое излучение. Его обнаружение может указывать на слой в атмосфере WASP-189b, который взаимодействует со звездным излучением аналогично тому, как озоновый слой взаимодействует с Землей.
Зачем нужно изучать атмосферу экзопланет и как это поможет в поиске «обитаемых миров»
В исследовании использовался спектограф высокого разрешения: он собирал звёздный свет от звезды-хозяина, проходящий через атмосферу планеты. «Газы в атмосфере поглощают часть звёздного света, подобно озону, абсорбирующему часть солнечного света в атмосфере Земли, и тем самым оставляют свой характерный „отпечаток пальца“. С помощью HARPS мы смогли идентифицировать соответствующие вещества», — объясняет ведущий автор исследования Бибиана Принот из Лундского университета.
Многие из экзопланет, очевидно, необитаемы, но их исследования помогут в поиске более подходящих миров. Характеристика атмосфер экзопланет – важная область исследований в астрофизике. WASP-189b из-за его близости к звезде заселить или посетить не удастся, однако методы спектографа, использованные для анализа там, будут применяться в изучении атмосфер других планет. Например, больше похожих на нашу собственную.
Меня часто спрашивают, считаю ли я, что мои исследования имеют отношение к поиску жизни где-то еще во Вселенной. Мой ответ всегда да. Этот тип исследования — первый шаг в этом поиске.
#открытие #будущее #космос