За първи път засякоха изотопи в атмосферата на екзопланета

За първи път учени засякоха изотопи, и по-специално форма на въглерода, известна като въглерод-13, в атмосферата на газообразна екзопланета, наречена TYC 8998-760-1 b и разположена на едва 300 светлинни години от нас. Това откритие показва, че извънземният свят се е образувал далече от своята родителска звезда – в покрайнините на системата и отвъд конкретна линия на замръзване.

Според изследователите находката хвърля повече светлина върху слабо познатите процеси на образуване на планетите.

„Необичайно е, че можем да измерим това в атмосферата на планета, намираща се на толкова голямо разстояние“, казва астрономът Япенг Занг от университета „Лайден“ в Нидерландия.

Сама по себе си TYC 8998-760-1 b, открита през 2019-та, е специална. Планетата принадлежи към изключително рядка група екзопланети – от тези, които сме успели да заснемем директно.

Звездите са изключително ярки, а планетите – в сравнение с тях – особено мъждиви. Ето защо обикновено ги засичаме на базата на афектите, които оказват върху своите звезди - или гравитационно, или като преминат пред звездата и заглушат временно нейната светлина от наша гледна точка.

Подобни техники работят най-добре в случаите, когато планетите се намират близо до своите звезди. TYC 8998-760-1 b се върти около звездата си на огромно разстояние – около 160 астрономически единици (1 АЕ = на средното разстояние от Земята до Слънцето). За справка, Плутон орбитира Слънцето на 40 АЕ.

Освен това екзопланетата е огромна – тя 14 пъти по-голяма като маса и размер спрямо Юпитер, което означава, че е сравнително ярка благодарение на звездната светлина, която отразява. Ето защо екип от изследователи, ръководен от Занг, решава да провери дали светлината, отразявана от звездата, не може да ни разкрие нещо интересно.

По-специално, астрономите използват инструмента SNFONI – спектрограф за интегрални полеви наблюдения в почти инфрачервения спектър. Той е част от Много големия телескоп в Чили на Европейската южна обсерватория. С негова помощ те търсят за конкретни характеристики, асоциирани с абсорбирането на светлината. В случая става дума за черни линии в спектъра, които се образуват, когато определени дължини на вълната се абсорбират от конкретни елементи. Изследователите откриват, че дължините на вълната, абсорбирани от TYC 8998-760-1 b, са консистентни с въглерод-13, който вероятно е обвързан предимно във въглероден оксид.

Изотопите са особено интересни. Всички те представляват форми на един и същи елемент, които разполагат с еднакъв брой протони и електрони, но се различават по отношение на количеството неутрони.

Въглерод-12 – най-често срещания стабилен изотоп на въглерода, има 6 протона, електрона и неутрона, но въглерод-13 – 6 протона и 6 електрона, но 7 неутрона. Това е от значение, тъй като начините на формиране са различни и се държат различно в зависимост от средата, в която се намират.

Учените са очаквали, че ще заварят определено изобилие от въглерод на TYC 8998-760-1 b. Количеството въглерод-13, което откриват в атмосферата на екзопланетата, се оказва два пъти по-голямо от първоначалните им прогнози. Екипът смята, че това разкрива интересни неща за условията, в които TYC 8998-760-1 b се е образувала.

„Планетата се намира над 150 пъти по-голямо разстояние спрямо своята родителска звезда, отколкото нашата Земя спрямо Слънцето – обяснява астрофизикът Пол Молиер от института по астрономия „Макс Планк“ в Германия. – На подобна огромна дистанция вероятно са се образували ледове с повече въглерод-13, което пък от своя страна е довело до по-голямо количество от този изотоп в днешната атмосфера на планетата.“

Планетата се намира в регион, разположен отвъд линията на замръзване на въглеродния оксид – това е разстоянието от звездата, отвъд което въглеродният оксид се кондензира и замръзва и от газ се превръща в лед (различните газове имат различни линии на замръзване).

Която и да е екзопланета, образувала се толкова далече от топлината на своята звезда, ще разполага с въглероден оксид в замръзнало състояние. Тъй като планетите в Слънчевата система не се намират отвъд тази линия спрямо Слънцето, те не биха могли да се образуват с толкова големи количества въглероден оксид, колкото срещаме при TYC 8998-760-1 b.

В Слънчевата система има подобен аналогов феномен – Нептун и Уран са по-богати на деутерий – изотоп на водорода с 1 протон и 1 неутрон (обикновеният водород има само 1 протон), отколкото Юпитер. Смята се, че това се дължи на факта, че Нептун и Уран са се образували отвъд линията на замръзване на водата.

Откриването на изотопи в атмосферите на екзопланетите все още е изключително трудна (и често невъзможна) задача. С появата на по-модерни телескоп обаче това ще се появи.

„Очакваме, че за в бъдеще изотопите ще ни позволят да разберем по-добре точно как, къде и кога са се образували планетите – казва астрономът Игнас Снелен от университета „Лайден“. – Този резултат е само началото.“

Изследването е публикувано в Nature.

Източник: Science Alert