South Gemini подтверждает давно предполагаемую связь между составом экзопланет и их родительских звезд

Новые наблюдения стали первым прямым доказательством того, что экзопланеты наследуют соотношение каменистых элементов от своих родительских звезд.

Астрономы обнаружили, что гигантская планета WASP-189b по составу схожа со своей звездой, что стало первым прямым доказательством основополагающей концепции в астробиологии. Это открытие стало возможным благодаря первому в истории одновременному измерению содержания газообразного магния и кремния в атмосфере планеты. Команда использовала телескоп «South Gemini», одну из двух половин Международной обсерватории «Gemini», частично финансируемой Национальным научным фондом США и управляемой Лабораторией исследований в области астрономии и астрофизики.

Почти в 320 световых годах от нас в созвездии Весов находится WASP-189b, экзопланета, известная как ультрагорячий юпитер (UHJ). Температура на UHJ достаточно высока, чтобы испарять такие элементы, как магний (Mg), кремний (Si) и железо (Fe), из которых состоят горные породы. Это редкая возможность увидеть эти элементы с помощью спектроскопии — метода, при котором свет разбивается на составляющие его длины волн для определения наличия химических веществ.

Международная группа астрономов под руководством Хорхе Антонио Санчеса, аспиранта Университета штата Аризона (ASU), наблюдала за WASP-189b с помощью иммерсионного инфракрасного спектрографа высокого разрешения (IGRINS), установленного на телескопе «South Gemin» в Чили. Этот мощный инструмент позволил им одновременно измерить содержание магния и кремния в атмосфере экзопланеты. Такое измерение было проведено впервые, и полученные данные свидетельствуют о том, что соотношение магния и кремния на WASP-189b такое же, как и на его родительской звезде. Это открытие является первым наблюдаемым подтверждением широко распространенной теории формирования планет и открывает новые возможности для изучения процессов формирования и эволюции экзопланет.

«Эти открытия демонстрируют способность телескопа «Джемини» помочь нам понять особенности удивительного «зоопарка» экзопланет в окрестностях нашей Солнечной системы, — говорит Крис Дэвис, программный директор NOIRLab Национального научного фонда США. — Такие открытия возможны только благодаря передовым приборам «Gemini».

Считается, что у горячих планет-гигантов, таких как WASP-189b, есть внешний слой газа, химический состав которого зависит от диска из материала, в котором они сформировались. Такие диски называются протопланетными. Исследователи предполагают, что соотношение элементов, из которых состоят горные породы, в протопланетном диске такое же, как у родительской звезды, поскольку они образовались из одного и того же первичного облака.

Предполагаемая химическая связь между звездой и формирующимися вокруг нее планетами обычно используется для моделирования состава каменистых экзопланет. Ранее эта связь основывалась на измерениях, проведенных в нашей Солнечной системе, и до сих пор не наблюдалась непосредственно на других планетах.

«WASP-189b дает нам столь необходимый ориентир для понимания процесса формирования планет земной группы, поскольку позволяет измерить величину, подтверждающую предполагаемое сходство состава звезд и доли каменистого материала вокруг родительских звезд, из которого формируются планеты», — говорит Санчес.

Это предположение не только помогает понять процесс формирования планет, но и является основополагающим для области астробиологии, которая включает в себя изучение пригодных для жизни сред в Солнечной системе. Измеряя химический состав звезды, ученые могут определить содержание элементов, из которых состоят горные породы, на экзопланетах, вращающихся вокруг этой звезды. Это позволяет определить геохимические условия, при которых планета может быть пригодна для жизни. Например, элементы, из которых состоят горные породы на Земле, отчасти отвечают за наше защитное магнитное поле, тектонику плит и выброс жизненно важных химических веществ в атмосферу, океаны и почву.

По мере того как ученые, изучающие экзопланеты, сосредотачиваются на изучении планет земной группы и пытаются выяснить, в каких условиях могут существовать каменистые миры, эмпирические данные, подтверждающие взаимосвязь между составом звезд и планет, становятся фундаментальным шагом вперед. А уровень спектрального разрешения, необходимый для таких исследований, в настоящее время доступен только на наземных телескопах.

“Наше исследование демонстрирует способность наземных спектрографов с высоким разрешением ограничивать количество критически важных веществ, таких как магний и кремний, которые являются двумя элементарными строительными блоками, из которых формируются каменистые планеты”, говорит соавтор исследования Майкл Лайн, доцент АГУ. “Эта расширяющаяся возможность открывает совершенно новое измерение в нашем изучении атмосфер экзопланет”.

Дальнейшие многоволновые наблюдения с высоким разрешением для изучения атмосфер экзопланет, таких как WASP-189b, помогут выявить более широкий спектр химических элементов, присутствующих в далеких мирах. Такие исследования позволят глубже понять условия, определяющие происхождение, эволюцию и потенциальную обитаемость планет.

На изображении:

На этой иллюстрации изображен раскаленный Юпитер, вращающийся вокруг бело-голубой звезды спектрального класса A.