Astronomowie odkryli planetę, która jest tak gorąca, że ciężkie pierwiastki odparowują i uciekają z jej atmosfery.
Egzoplaneta WASP-121b wysyła w kosmos metale ciężkie – żelazo i magnez. Atmosfera tej odległej planety jest tak gorąca, że metale te swobodnie z niej parują, a także wymykają się spod grawitacyjnego wpływu samego globu. Intensywna grawitacja gwiazdy macierzystej omawianego układu dodatkowo zdeformowała tę skwierczącą planetę do kształtu elipsoidalnej piłki do rugby.
Teraz nowe obserwacje WASP-121b, wykonane z udziałem międzynarodowego zespołu naukowego i z użyciem Teleskopu Hubble'a, opisują pierwszy znany przypadek gazu złożonego głównie z pierwiastków ciężkich, który odpływa z planety należącej do klasy tzw. gorących jowiszów. Do typu tego zalicza się duże gazowe egzoplanety, krążące bardzo blisko swoich gwiazd. Można powiedzieć, że planety te są tak mocno napromieniowane i ogrzewane przez swe gwiazdy macierzyste, że same nieomal stają się gwiazdami. W tym konkretnym przypadku metale z planety, na skutek dużej ilości ciepła pochodzącego od gwiazdy, po prostu parują – do tego stopnia, że widzimy atomy metalu uciekające z górnych warstw jej atmosfery, gdzie mogą one dodatkowo oddziaływać z polem magnetycznym.
Zwykle gorące jowisze są jednak wciąż wystarczająco chłodne w środku, aby mogły kondensować cięższe pierwiastki takie jak magnez i żelazo w obłoki, które pozostają wówczas w ich atmosferach. Ale nie jest tak w przypadku WASP-121b. Krąży ona tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, że górna część jej atmosfery osiąga temperatury rzędu 2500 stopni Celsjusza. Jakby tego było mało, na skutek tej samej bliskości planeta jest rozrywana przez grawitację gwiazdy, która nadaje jej charakterystyczny spłaszczony i wybrzuszony kształt piłki do rugby. Możemy także zaobserwować odparowany magnez i żelazo tak daleko od planety, że nie są one już z nią związane grawitacyjnie. Jest to planeta w pewnym sensie pozbawiona klasycznej atmosfery.
Układ WASP-121 znajduje się w odległości około 900 lat świetlnych od Ziemi – to dość daleko nawet jak na kosmiczne standardy. Naukowcy wykorzystali spektrograf zainstalowany na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble'a do wyszukiwania sygnatur światła ultrafioletowego odpowiadającego emisji związków magnezu i żelaza. Sygnatury te można zaobserwować podczas przejścia światła gwiazdy macierzystej WASP-121b przez nietypową atmosferę planety. Jest to możliwe, ponieważ z naszego punktu widzenia obserwatora na Ziemi planeta okresowo przechodzi na tle tarczy tej gwiazdy.
Obserwacje WASP-121b dają naukowcom nowe informacje na temat procesów, w jakich planety tracą swoje pierwotne atmosfery. Gdy planety się formują, gromadzą atmosferę złożoną z gazu pochodzącego z dysku, który dał wcześniej początek zarówno danej planecie, jak i jej gwieździe macierzystej. Te młode atmosfery składają się głównie z wodoru i helu – najpowszechniejszych pierwiastków we Wszechświecie. Gdy planeta zbliża się jednak do okrążanej przez siebie gwiazdy, znaczna część tej wczesnej atmosfery wypala się i ucieka w kosmos.
Gorące jowisze składają się głównie z wodoru, a Teleskop Hubble’a jest bardzo czuły na wodór, dzięki czemu wiemy już, że te planety stosunkowo łatwo tracą otaczający je gaz. Ale w przypadku WASP-121b wodór i hel wypływają z planety niczym rzeka, ciągnąc za sobą także metale ciężkie. Jest to też bardzo skuteczny mechanizm tracenia masy przez planetę.
Zdaniem autorów publikacji WASP-121b będzie idealnym celem dla kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, którego umieszczenie na orbicie okołoziemskiej planowane jest na rok 2021. Teleskop ten umożliwi badaczom wykrycie wody i dwutlenku węgla, które można zaobserwować na dłuższych falach podczerwieni. To połączenie obserwacji z Hubble'a i Webba ma szansę dać astronomom pełniejszy wykaz pierwiastków chemicznych tworzących atmosferę planety.
Czytaj więcej:
- Praca naukowa „The HST PanCET Program: Exospheric Mg II and Fe II in the Near-UV transmission spectrum of WASP-121b using Jitter Decorrelation” David Sin et al., „The Astronomical Journal” (2019)
- Cała informacja prasowa
- Zbyt gorące na planety, zbyt chłodne na gwiazdy
Źródło: Space Telescope Science Institute.
Na ilustracji: WASP-121b – daleka planeta pozasłoneczna, która intensywnie traci żelazo i magnez ze swej atmosfery. Źródło: NASA, ESA & J. Olmsted (STScI).
