JWST виявив кристали кварцу в атмосфері дивної екзопланети

Нещодавнє дослідження, опубліковане в The Astrophysical Journal Letters, використовувало дані, отримані за допомогою середньоінфрачервоного інструменту (MIRI) космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), щоб виявити наявність нанокристалів кварцу у верхній атмосфері WASP-17 b – екзопланети, маса і радіус якої становлять приблизно 0,78 і 1,87 маси і радіуса Юпітера, відповідно, і яка розташована приблизно за 1 324 світлових роки від Землі.

WASP-17 b класифікується як “пухкий” гарячий Юпітер через свій 3,7-денний орбітальний період, що означає, що екстремальні температури можуть викликати унікальні хімічні процеси в її атмосфері, але астрономи все одно були здивовані отриманими результатами.

“Ми були в захваті!” – сказав доктор Девід Грант, дослідник Брістольського університету у Великій Британії та провідний автор дослідження, в якому брали участь понад три десятки співавторів.

Ми знали зі спостережень “Хаббла”, що в атмосфері WASP-17 b повинні бути аерозолі – крихітні частинки, з яких складаються хмари або серпанок, але ми не очікували, що вони зроблені з кварцу”.

Унікальність цього відкриття полягає в тому, що екзопланети традиційно вважаються багатими на магній силікатами, такими як піроксен або олівін, але виявлення кварцу в атмосфері екзопланети за допомогою MIRI JWST може дати нове розуміння формування та еволюції хмар екзопланет і їхніх відповідних атмосфер.

Крім того, хоча форма цих кристалів кварцу може імітувати ті, що знайдені на Землі, їхній розмір разюче відрізняється – лише 10 нанометрів у діаметрі, або одна мільйонна сантиметра.

Для порівняння, середній кристал кварцу на Землі має кілька сантиметрів (дюймів) у діаметрі, а найбільший задокументований монокристал кварцу має розміри 6,1 метра на 1,5 метра на 1,5 метра (20 футів на 4,9 футів на 4,9 футів) і важить 39,916 кілограмів (88 000 фунтів).

Але як такі кристали могли утворитися в атмосфері WASP-17 b?

“WASP-17 b надзвичайно гаряча – близько 1500 градусів за Цельсієм (2700 °F) – і тиск у високих шарах атмосфери, де вони формуються, становить лише одну тисячну частину від того, що ми відчуваємо на поверхні Землі, – сказав д-р Грант. “У цих умовах тверді кристали можуть утворюватися безпосередньо з газу, без попереднього проходження через рідку фазу”.

Відкрита у 2009 році, WASP-17 b є першою екзопланетою з ретроградною орбітою, що означає, що вона обертається в протилежному напрямку до обертання своєї зірки. 2013 року в її атмосфері було виявлено воду, а ще одне дослідження виявило натрій. Завдяки своїй масі, меншій за масу Юпітера, але більшій у сім разів, WASP-17 b наразі класифікується як одна з найпухкіших екзопланет з усіх коли-небудь знайдених.

Хоча в останньому дослідженні було виявлено кварц, склад атмосфери WASP-17b відображає традиційні газові планети-гіганти, які існують як у Сонячній системі, так і за її межами, оскільки вона складається переважно з водню та гелію.

WASP-17 b також має приливний зв’язок зі своєю материнською зіркою, тобто одна її сторона завжди звернена до зірки. Це означає, що коли хмари циркулюють навколо планети, вони випаровуються на денній стороні. Однак астрономи все ще намагаються визначити як кількість кварцу в атмосфері, так і активність хмар.

“Хмари, ймовірно, присутні вздовж переходу день/ніч (термінатора), тобто області, яку досліджують наші спостереження”, – сказав доктор Грант. “Вітри можуть переносити ці крихітні скляні частинки зі швидкістю тисячі миль на годину”.

Це дослідження було проведене в рамках програми Веббівського гарантованого часу спостережень (GTO), позначеної як GTO 1353, разом з WASP-17 b, що є частиною більшого дослідження, відомого як “Глибока розвідка атмосфер екзопланет за допомогою багатоінструментальної спектроскопії” (DREAMS), що проводиться групою вчених JWST-Telescope, з загальною метою провести поглиблений аналіз однієї екзопланети в кожному первинному класі екзопланет: помірна планета з земною атмосферою (TRAPPIST-1 e, GTO 1331), теплий Нептун (HAT-P-26 b, GTO 1312) і гарячий Юпітер (WASP-17 b, GTO 1353).

Що ці кристали кварцу розкажуть нам про формування та еволюцію екзопланетних атмосфер у найближчі роки і десятиліття? Тільки час покаже, і саме тому ми, науковці, і займаємося наукою!