В атмосфере экзопланеты впервые обнаружен калий

Возможность обнаружения калия и натрия в атмосферах «горячих юпитеров» была предсказана 20 лет назад. Уже на ранних этапах поисков при наблюдениях с высоким разрешением был обнаружен натрий. Однако калий в атмосферах экзопланет до сих пор достоверно обнаружить не удавалось.

«Горячие юпитеры» — класс экзопланет с массой, примерно равной массе Юпитера и обращающихся к родительской звезде ближе, чем Меркурий от Солнца. Эти экзопланеты занимают довольно большой процент от числа открытых экзопланет, поскольку довольно просты в обнаружении транзитным методом.

Химические элементы могут быть обнаружены при анализе спектра звёздного света, проходящего сквозь атмосферу экзопланеты. Атмосфера, в которой содержатся различные элементы, поглощает звёздный свет. На спектре это проявляется в виде тёмных полос, которые раскрывают химический состав атмосферы планеты. Чем тоньше наблюдаемые полосы, тем выше спектральное разрешение телескопа и прибора, которыми ведется наблюдение. Однако присутствие облаков в атмосфере газовых гигантов сильно ослабляет проявление химических элементов в спектре и делает их очень трудными для обнаружения.

«Горячий Юпитер» HD 189733 b изучен лучше всех остальных, но до сих пор учёные не могли доказать наличие калия в его атмосфере. Экзопланета расположена в созвездии Лисички на расстоянии 64 световых лет от нас и обращается вокруг красного карлика за 53 часа. Чтобы точно определить присутствие калия в атмосферных слоях над облаками, учёные воспользовались Большим Бинокулярным Телескопом (LBT). У него разрешающая способность — одна из самых лучших в мире и есть спектрограф с высоким разрешением PEPSI (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument). Он хорошо подходит для этой задачи благодаря его высокому спектральному разрешению и возможности собирать больше информации в очень узких спектральных линиях, чем любой другой спектрограф, работающий в паре с телескопом.

Научная группа из Потсдамского астрофизического института (Astrophysikalisches Institut Potsdam) применила метод, который называется «абсорбционная спектроскопия». Учёные взяли данные спектров, полученные во время прохождения экзопланеты по диску звезды, и сравнили признаки химических элементов. Они обнаружили линии поглощения калия, которые исчезали до и после прохождения HD 189733 b по диску звезды. Это указывает на то, что химический элемент содержится в атмосфере экзопланеты.

Другие исследовательские группы ранее уже пытались обнаружить калий в атмосфере этой экзопланеты, однако либо ничего не было найдено, либо данных было недостаточно для заключения. Это первый прецедент, в результате которого подтверждено присутствие калия в атмосфере экзопланеты.

Этот же метод учёные применили при исследовании ещё одного газового гиганта HD 209458 b. Однако полученный результат не оказался убедительным для заключения о присутствии калия в атмосфере этой экзопланеты. Хотя обе планеты могли сформироваться в ходе различных эволюционных сценариев, учёные предполагали, что они содержат одинаковое количество калия, поскольку находятся в похожих условиях. Обе экзопланеты обращаются вокруг звезды с высоким показателем содержания тяжёлых химических элементов (металлов). По мере формирования и наращивания вокруг себя атмосферной оболочки, газовые гиганты притягивают планетезимали (зародыши планет), которые обогащают их атмосферу металлами,такими как натрий и калий. Поэтому иногда такие экзопланеты могут содержать даже больше металлов, чем их родительская звезда.

Источник: academic.oup.com