“Джеймс Вебб” побачив кристали кремнезему в хмарах екзопланети
У високих хмарах “роздутого” гарячого юпітера вчені вперше засікли нанокристали кремнезему – одного з найпоширеніших мінералів на Землі.
Аерозолі — будь то хмари з рідких частинок або серпанок з твердих частинок — один із фундаментальних компонентів атмосфер екзопланет. Ці частинки заглушають, відбивають і розсіюють світло зірки і тим самим роблять великий внесок у весь енергетичний баланс космічного тіла, а також хімію та динаміку його атмосфери.
Астрономи бачать наявність хмар або серпанків за змінами світла зірки, коли екзопланета пролітає на її тлі. Але визначити точний склад цих аерозолів — складніше завдання. Водночас вона дуже цікава, тому що аерозолі багато говорять про саму планету: в аерозолях земної атмосфери, наприклад, є алюміній та літій, що залишаються від наслідків пусків космічної техніки. Тому поки що кожне відкриття нової сполуки в атмосфері екзопланети привертає увагу.
Тепер уперше в атмосфері екзопланети астрономи побачили нанокристали кремнезему. Все завдяки роботі інструменту MIRI космічної обсерваторії Джеймс Вебб. Результати дослідження опубліковані в Astrophysical Journal Letters .
Об’єктом спостережень стала екзопланета WASP-17b , гарячий юпітер у 1300 світлових роках від Землі. За масою WASP-17b вдвічі менше Юпітера, зате за обсягом приблизно в сім разів більше. Це одна з найбільших і «пухлих» екзопланет з відомих нам. Її орбітальний період — лише 3,7 земного дня, що значно спрощує дослідження.
Цього разу спостереження вели протягом 10 години, поки об’єкт пролітав на тлі своєї зірки. Інструмент MIRI для спостережень у середній частині інфрачервоного діапазону зробив понад 1275 вимірів яскравості випромінювання у діапазоні хвиль від п’яти до 12 мікронів.
Коли вчені «відняли» з цих даних чисте випромінювання зірки, вони побачили на графіку «пагорбок» у районі 8,6 мікрона, який найкраще пояснюється наявністю кристалів кремнезему. За розміром ці кристали дуже малі — всього 10 нанометрів. Діаметр людського волосся у 10 тисяч разів більший.
«Дані „Хаббла” відіграли ключову роль у визначенні розмірів цих частинок. Для впевненості в наявності там кремнезему нам достатньо даних MIRI , інструменту „Вебба”. Але щоб зрозуміти, наскільки великі ці кристали, нам знадобилися спостереження „Хаббла” у видимому та близькому інфрачервоному діапазонах», — розповіла співавтор роботи Ніколь Льюїс, професор астрономії та керівник дослідження щодо створення тривимірної моделі атмосфери гарячого юпітера, що проводиться у рамках програми Webb Guaranteed Time Observations (GTO) .
Силікати — мінерали, багаті кремнієм та киснем — становлять значну масу Землі, Місяця та інших кам’янистих об’єктів Сонячної системи. Вони вже зустрічалися астрономам в атмосферах екзопланет та у складі коричневих карликів, але у формі багатих на магній мінералів на кшталт олівіну та піроксену, а не чистого кремнезему.
Причому якщо у хмари Землі частинки мінералів потрапляють з поверхні планети завдяки вітру, то на гарячому юпітері WASP-17b нанокристали кремнезему формуються у верхніх шарах самої атмосфери, в умовах високої температури, приблизно 1500 градусів за Цельсієм, і дуже низького тиску — однієї тисячної земного.
“У цих умовах тверді кристали можуть формуватися безпосередньо з газу, минаючи фазу рідкого стану”, – пояснив головний автор дослідження Девід Грант з Брістольського університету (Великобританія).
За словами вченого, з даних «Хаббла» вони знали , що в атмосфері WASP-17b мають бути аерозолі, але не очікували, що у складі буде кремнезем.
«Ми очікували побачити силікати магнію, а засікли, ймовірно, їхню «цеглину» — маленькі частинки, необхідні для формування складніших силікатів, які ми бачимо на більш прохолодних екзопланетах та коричневих карликах», — пояснила співавтор Ханна Уейкфорд із Брістольського університету.
Гарячі юпітери на кшталт WASP-17b складаються в основному з водню та гелію з невеликими домішками водяної пари та вуглекислого газу. І якщо зважати лише на ці домішки, загальна оцінка кількості кисню в планеті виявиться сильно заниженою. Втім, і зараз оцінити об’єм кремнезему в хмарах WASP-17b не вдасться, тому що в рамках цього дослідження інструмент MIRI спостерігав лише околиці термінатора – лінії між денною та нічною стороною екзопланети.
