KELT-9b to najgorętsza znana nam egzoplaneta. Latem 2018 roku zespół astronomów znalazł sygnatury pary żelaza i tytanu w jej atmosferze. Teraz badacze byli w stanie również wykryć ślady pary sodu, magnezu i chromu, a także metali ziem rzadkich – skandu i itru.
Egzoplanety są planetami spoza Układu Słonecznego, które krążą wokół gwiazd innych niż Słońce. Od czasu odkrycia pierwszych egzoplanet w połowie lat 90. poznaliśmy ich już ponad 3000. Wiele z tych planet ma ekstremalne własności w porównaniu z planetami w Układzie Słonecznym: to gorące gazowe olbrzymy, które krążą bardzo blisko swoich gwiazd macierzystych i okrążają je np. w kilka dni. Takie planety nie występują w naszym Układzie Słonecznym a ich istnienie było niezgodne z przewidywaniami dotyczącymi tego, jak i dlaczego tworzą się planety. Przez ostatnich dwadzieścia lat astronomowie z całego świata starali się zrozumieć, skąd pochodzą te planety, z czego są zbudowane i jak wygląda ich klimat.
Niezwykle gorący gazowy olbrzym
KELT-9 to gwiazda znajdująca się 650 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Łabędzia. Jej egzoplaneta – KELT-9b – stanowi przykład najbardziej ekstremalnego z tych tak zwanych gorących Jowiszów, ponieważ krąży bardzo blisko swojej gwiazdy, która jest prawie dwukrotnie gorętsza od Słońca. Temperatura atmosfery tej planety sięga 4000 stopni Celsjusza. W takim cieple wszystkie pierwiastki występują prawie wyłącznie w postaci pary, a cząsteczki są rozbijane na atomy – podobnie jak ma to miejsce w przypadku warstw zewnętrznych gwiazd. Oznacza to, że atmosfera nie zawiera chmur ani aerozoli, a niebo jest czyste, przeważnie przezroczyste dla światła jej gwiazdy.
Atomy, które tworzą gaz atmosfery, pochłaniają światło w bardzo specyficznych kolorach spektrum, a każdy atom ma unikalny „odcisk palca” barwy, którą absorbuje. Te odciski palców można zmierzyć za pomocą czułego spektrografu zamontowanego na dużym teleskopie, co pozwala astronomom określić skład chemiczny atmosfer planet odległych o wiele lat świetlnych.
Egzoplaneta jak skarbnica
Zespół naukowców wykorzystał tę technikę i dokonał interesującego odkrycia. Korzystając ze spektrografu HARPS-North zamontowanego na Italian National Telescope znajdującym się na wyspie La Palma, znaleźliśmy atomy żelaza i tytanu w gorącej atmosferze KELT-9b – wyjaśnia Kevin Heng, dyrektor i profesor w Centre for Space and Habitabilty (CSH) na Uniwersytecie w Bernie i członek National Centre of Competence in Research PlanetS. Zespół obserwował układ KELT-9 drugi raz zeszłego lata, mając na celu potwierdzenie wcześniejszych odkryć, ale także kontynuowanie wyszukiwania dodatkowych pierwiastków, które również mogą być widoczne w zgromadzonych danych. Ich badanie obejmowało 73 atomy, w tym niektóre tzw. metale ziem rzadkich. Substancje nie występują często na Ziemi, ale są stosowane w zaawansowanych materiałach i urządzeniach. Nasz zespół przewidział, że widmo tej planety może być skarbnicą, w której można wykryć wiele pierwiastków, których nie zaobserwowano w atmosferze żadnej innej planety – powiedział Jens Hoeijmakers z CSH w Bernie i Obserwatorium Genewskiego
Po wnikliwej analizie naukowcy rzeczywiście znaleźli w widmie planety sygnały pary sodu, magnezu, chromu i metali ziem rzadkich – skandu i itru. Ostatnie trzy z nich nigdy nie zostały wykryte w atmosferze egzoplanety. Zespół zinterpretował te dane i był w stanie wykorzystać te sygnały do oszacowania, na jakiej wysokości w atmosferze planety atomy te są absorbowane – mówi Jens Hoeijmakers. Co więcej, naukowcy wiedzą również więcej o silnych globalnych wzorcach wiatru wysoko w atmosferze, które przedmuchują materię z jednej półkuli na drugą.
Dzięki zastosowaniu tej samej techniki do badania innych planet ogrzewanych do podobnych temperatur może zostać odkrytych wiele innych pierwiastków – wyjaśnia Jens Hoeijmakers. Są duże szanse, że pewnego dnia znajdziemy tzw. biosygnatury, czyli oznaki życia, na którejś z egzoplanet, wykorzystując te same techniki, które stosujemy dzisiaj. Chcemy wykorzystać nasze badania do zrozumienia pochodzenia i rozwoju Układu Słonecznego, a także pochodzenia życia – dodaje Kevin Heng.
Więcej:
Rare-Earth metals in the atmosphere of a glowing-hot exoplanet
Źródło: University of Bern
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na zdjęciu: Wizja artystyczna zachodu słońca nad KELT-9b. Źródło: Denis Bajram
