Międzynarodowy zespół astronomów jako pierwszy na świecie wykrył izotopy węgla w atmosferze egzoplanety. Dotyczy to różnych form węgla w gazowym olbrzymie TYC 8998-760-1 b, znajdującym się w odległości 300 lat świetlnych w kierunku konstelacji Muchy. Pomiary słabego sygnału dokonano przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) ESO w Chile, z których wydaje się wynikać, że planeta jest stosunkowo bogata w węgiel-13. Astronomowie przypuszczają, że jest to wywołane tym, że planeta uformowała się w dużej odległości od swojej gwiazdy macierzystej.
Izotopy to różne formy tego samego atomu, ale różnią się liczbą neutronów w jądrze. Np. węgiel z sześcioma protonami ma zazwyczaj sześć neutronów (węgiel-12), ale czasem siedem (węgiel-13) lub osiem (węgiel-14). Ta właściwość nie zmienia zbytnio właściwości chemicznych węgla. Mimo to izotopy tworzą się w różny sposób i często reagują nieco inaczej na panujące warunki. Izotopy znajdują zatem zastosowanie w wielu dziedzinach badań: od wykrywania chorób układu krążenia lub nowotworów po badanie zmian klimatycznych i określania wieku skamieniałości i skał.
Zespół astronomów odkrył niezwykły stosunek tych izotopów w atmosferze młodego olbrzyma TYC 8998-760-1 b. Węgiel występuje głównie w postaci tlenku węgla (CO). Sama planeta ma masę około 14 mas Jowisza i jest prawie dwa razy od niego większa. Dlatego jest klasyfikowana jako super-Jowisz.
Naukowcy z powodzeniem odróżnili węgiel-13 od węgla-12, ponieważ absorbuje on promieniowanie o nieco innych barwach. Astronomowie spodziewali się, że około 1 na 70 atomów węgla będzie węglem-13, ale w przypadku tej planety wydaje się, że jest to dwa razy więcej. Pomysł jest taki, że większa ilość węgla-13 jest w jakiś sposób związana z formowaniem się egzoplanet.
Paul Mollière z Instytutu Astronomii Maxa Plancka wyjaśnia: Planeta znajduje się ponad 150 razy dalej od swojej gwiazdy macierzystej niż Ziemia od Słońca. W tak dużej odległości prawdopodobnie utworzyły się lody z większą ilością węgla-13, powodując wyższą frakcję tego izotopu w dzisiejszej atmosferze planety. Przypuśćmy, że wzbogacenie w węgiel-13 jest związane z zamrożeniem CO w tworzących planety dyskach protoplanetarnych. W takim przypadku mogłoby to oznaczać, że planety Układu Słonecznego nie zgromadziły dużo lodu bogatego w węgiel-13. Powodem może być fakt, że w Układzie Słonecznym odległość, poza którą CO zaczyna zamarzać z fazy gazowej, znana jako linia śniegu CO, leży poza orbitą Neptuna. Dlatego też lody CO rzadko wchodziły w skład planet Układu Słonecznego, co prowadzi do wyższego stosunku izotopów. Mollière napisał oprogramowanie do analizy danych i przyczynił się do interpretacji wyników.
Sama egzoplaneta, TYC 8998-760-1 b, została odkryta zaledwie dwa lata temu (2019) przez dr. Alexandra Bohna, współautora artykułu.
Ignas Snellen, profesor w Lejdzie, który od lat jest siłą napędową tego tematu, jest przede wszystkim dumny: Oczekuje się, że w przyszłości izotopy jeszcze bardziej pomogą zrozumieć dokładnie jak, gdzie i kiedy tworzą się planety. Ten wynik to dopiero początek.
Więcej informacji:
A potential new tracer of exoplanet formation
The 13CO-rich atmosphere of a young accreting super-Jupiter
Źródło: MPIA
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Kreskówka o odkryciu węgla-13 w atmosferze egzoplanety. Źródło: Daniëlle Futselaar (Artsource)
