Wodorek chromu (CrH), cząsteczka stosunkowo rzadka i szczególnie wrażliwa na temperaturę, jest przydatny jako „gwiazdowy termometr”, ponieważ występuje powszechnie tylko w wąskim zakresie temperatur od 1200 do 2000 kelwinów.
Naukowcy wykorzystują ten i inne wodorki metali do określenia temperatury chłodnych gwiazd i brązowych karłów. Teoretycznie wodorek chromu mógłby nadawać się również do mierzenia temperatur gorących jowiszów, których temperatura jest porównywalna z temperaturą brązowych karłów, o ile te konkretne cząsteczki byłyby obecne w ich atmosferach. Poprzednie badania przeprowadzone z użyciem spektroskopii niskiej rozdzielczości sugerowały, że te cząsteczki tam są.
W nowym badaniu, zespół naukowców potwierdził obecność wodorku chromu w atmosferze gorącego jowisza WASP-31b, korzystając z obserwacji spektroskopowych wysokiej rozdzielczości. To otwiera drzwi do wykorzystania tej wrażliwej na temperaturę cząsteczki jako „termometru”, za pomocą którego można określić temperaturę i inne cechy egzoplanet. Jest to pierwsza detekcja wodorku metalu w egzoplanetarnym widmie wysokiej rozdzielczości.
Odkryta w 2011 roku WASP-31b okrąża gwiazdę F5 raz na 3,4 dnia. Ma wyjątkowo niską gęstość, nawet jak na planetę-olbrzyma, a nowe badania potwierdzają jej temperaturę równowagową na poziomie 1400 kelwinów, co wpada w zakres, w którym można się spodziewać występowania wodorku chromu. Wykrycie wodorków metali w WASP-31b stanowi ważny postęp w zrozumieniu atmosfer gorących jowiszów.
Na ilustracji: Artystyczna wizja dziesięciu gorących jowiszów badanych za pomocą teleskopu Hubble'a i Spitzera. Źródło: NASA/ESA
W Układzie Słonecznym wodorek chromu wykryto jedynie w plamach słonecznych. Samo Słońce jest zbyt gorące (jego temperatura to około 6000 kelwinów na powierzchni), a wszystkie inne obiekty Układu Słonecznego są zbyt chłodne.
Cząsteczki wodorku chromu są bardzo wrażliwe na temperaturę – mówi Laura Flagg, pierwsza autorka publikacji – W wyższych temperaturach widać tylko sam chrom. W niższych temperaturach chrom tworzy inne związki. Istnieje więc tylko określony zakres temperatur, około 1200 do 2200 kelwinów, gdzie wodorek chromu występuje w dużych ilościach.
Naukowcy wykorzystują spektroskopię o wysokiej rozdzielczości do wykrywania i analizowania atmosfer egzoplanet, porównując całkowite światło z układu w konfiguracji, w której planeta znajduje się z boku gwiazdy, z konfiguracją, w której planeta znajduje się przed gwiazdą, blokując część jej światła. To pozwala określić, jakie pierwiastki znajdują się na badanej egzoplanecie.
Wysoka rozdzielczość widmowa oznacza, że mamy bardzo dokładne informacje o długości fali w zarejestrowanym widmie i możemy w nim dostrzec tysiące różnych linii widmowych. Analizujemy je różnymi metodami statystycznymi, korzystając z odpowiedniego szablonu, czyli przybliżonego wyglądu widma. Porównujemy ten szablon z obserwacjami i sprawdzamy, czy dobrze pasuje. Jeśli pasuje dobrze, to znaczy, że wykryliśmy linie widmowe danego pierwiastka lub cząsteczki. W tym przypadku szablon zawierający linie widmowe wodorku chromu pozwolił potwierdzić obecność tej cząsteczki w atmosferze WASP-31b – mówi Flagg.
Chrom występuje rzadko, nawet w odpowiedniej dla niego temperaturze, dlatego badacze potrzebują czułych instrumentów i teleskopów, aby wykryć jego obecność. Aby przeanalizować WASP-31b, badacze wykorzystali widma o wysokiej rozdzielczości, korzystając z instrumentu Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph (GRACES), a następnie uzupełnili dane GRACES archiwalnymi obserwacjami wykonanymi w 2017 roku, które były prowadzone w innym celu i nie miały na celu poszukiwania wodorków metali.
o
Na ilustracji: Jeden z rzędów zredukowanego widma z instrumentu GRACES (na górze). Pośrodku: linie widmowe pochodzenia gwiazdowego i tellurycznego. Na dole: widmo egzoplanety WASP-31b. Źródło: Flagg i in. (2023)
Aktualnie naukowcy analizują archiwalne obserwacje, poszukując dowodów na występowanie wodorku chromu i innych wodorków metali w atmosferach innych egzoplanet.
Więcej informacji: publikacja Laura Flagg i in., ExoGemS Detection of a Metal Hydroride in an Exoplanet AtmOSphere at High Spectral Resolution, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/ace529
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Wizja artystyczna gorącego jowisza. Źródło: NASA
