В атмосфере экзопланеты впервые обнаружили и измерили следы изотопов

В атмосфере экзопланеты впервые обнаружили и измерили следы изотопов

В атмосфере планеты, отстоящей от Земли больше, чем на 300 световых лет, впервые обнаружены изотопы.

По словам исследователей, это открытие дает нам новый способ взглянуть на малоизученный процесс формирования далеких от Земли планет

В дымке вокруг газообразной экзопланеты под названием TYC 8998-760-1b астрономы обнаружили форму углерода, известную как углерод-13. Это открытие предполагает, что экзопланета образовалась далеко от своей родительской звезды, в холодных областях ее системы за пределами определенной «линии снега».

«Мы впервые получили возможность измерить содержание изотопов в атмосфере экзопланеты на таком большом расстоянии», — заявил астроном Япенг Чжан из Лейденского университета в Нидерландах.

TYC 8998-760-1b, обнаруженный в 2019 году, еще на этапе открытия привлек внимание ученых. Объект принадлежит к чрезвычайно редкой группе экзопланет — тех, которые астрономам удалось сфотографировать напрямую.

Дело в том, что звезды невероятно яркие, а планеты по сравнению с ними чрезвычайно тусклые. Поэтому обычно исследователи идентифицируют их, обнаруживая влияние, которое планеты оказывают на свою звезду — либо гравитационное, либо мимолетное затемнение света звезды, когда они пролетают между светилом и чувствительной антенной телескопа.

Такие методики лучше всего работают в случае поиска планет, которые находятся близко к своим звездам, однако TYC 8998-760-1b вращается вокруг своей звезды на довольно большом расстоянии — около 160 астрономических единиц. Плутон, для сравнения, вращается вокруг Солнца на дистанции «всего» 40 астрономических единиц.

Планета довольно плотная для объектов своего типа – она в 14 раз больше Юпитера по массе и в два раза шире его по радиусу, а потому хорошо отражает свет звезды. Группа исследователей во главе с Чжаном решила проверить, можно ли извлечь из отраженного света полезные данные.

В частности, они использовали инструмент под названием «спектрограф для наблюдений интегрального поля в ближней инфракрасной области (SINFONI)» на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории в Чили.

Темные линии в световом спектре планет возникают, когда определенные длины волн света поглощаются определенными элементами. Исследователи обнаружили, что длины волн, поглощаемые TYC 8998-760-1b, соответствуют углероду-13, который скорее всего находится в связке с газообразным оксидом углерода.

Изотопы довольно интересны. Все они представляют собой формы одного и того же элемента, обладающие одинаковым количеством протонов и электронов, но разным количеством нейтронов. Углерод-12, наиболее распространенный стабильный изотоп углерода, имеет шесть таких изотопов. У углерода-13 шесть протонов и шесть электронов, но семь нейтронов. Это важно, потому что пути образования таких атомов различны, и они ведут себя по-разному в зависимости от условий окружающей среды.

Количество углерода-13, которое ученые обнаружили в атмосфере экзопланеты, вдвое превышало ожидаемое. Команда считает, что это обстоятельство может кое-что рассказать нам об условиях, при которых сформировался TYC 8998-760-1b.

«Планета более чем в 150 раз дальше от своей родительской звезды, чем наша Земля от нашего Солнца», — пояснил астрофизик Поль Мольер из Института астрономии Макса Планка в Германии. «На таком большом расстоянии лед, возможно, образовался с большим количеством углерода-13, что привело к более высокой доле этого изотопа в атмосфере планеты в наши дни».

Линия снега монооксида углерода — расстояние от звезды, за которым оксид углерода конденсируется и замерзает из газа в лед (у разных газов «линии снега разные). Любые экзопланеты, образующиеся так далеко от тепла звезды, будут содержать отложения льдов окиси углерода. Поскольку известные планеты Солнечной системы находятся к Солнцу ближе, чем линия снега, на них такое большое количество замороженной окиси углерода попросту не образуется.

Однако в Солнечной системе есть аналогичное явление: Нептун и Уран богаче дейтерием, изотопом водорода с одним протоном и одним нейтроном (у нормального водорода есть только протон), чем Юпитер. Это связано с образованием планеты за линией снега для воды.

По словам исследователей, обнаружение изотопов в атмосфере для многих экзопланет пока не представляется возможным, но по мере того, как наши телескопы продолжают совершенствоваться, у человечества будет появляться все больше данных об окружающем космическом пространстве. Зная условия, в которых сформировалась планета, можно предсказать многие ее особенности и более точно охарактеризовать ее в целом.