Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил кварц в атмосфере экзопланеты

Позже была открыта 51 Пегаса b у звезды, подобной Солнцу, в 1995 году. Мишель Майор и Дидье Кело были удостоены Нобелевской премии по физике в 2017 году за вклад в данное открытие.

С середины 1990-х годов каталог несолнечных планет, или экзопланет, разросся до такой степени, что теперь он содержит более 5500 записей, что является невероятным ростом всего за три десятилетия.

Однако по мере того, как открывается все больше и больше экзопланет и человечество исследует эти миры глубже, чем когда-либо прежде, мы понимаем, что Млечный Путь наполнен множеством радикально разнообразных планет.

Одним из примеров этого является экзопланета WASP-17 b и ее недавно обнаруженные облака кислорода и кварца.

Обнаруженная в 2009 году и расположенная примерно в 1320 световых годах от Земли, WASP-17 b представляет собой газовый гигант, размер которого в 1,9 раза больше Юпитера, но всего лишь в 0,78 раза больше его массы. Это делает ее одной из самых объемных планет, когда-либо наблюдавшихся.

WASP-17 b вращается невероятно близко к своей родительской звезде, совершая полный оборот всего за 3,7 земных дня. Следовательно, WASP-17 b классифицируется как «горячий Юпитер». Планета находится настолько близко к своей звезде, что заблокирована приливами, подобно тому, как Луна связана с Землей. Это означает, что одна сторона WASP-17 b всегда обращена к своей звезде, а другая сторона всегда направлена в космос.

Близость WASP-17 b к своей звезде имеет еще одно последствие: поскольку она подвергается интенсивному излучению, температура «дневной» поверхности экзопланеты взлетает до 1280 градусов по Цельсию.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) использовал свой IRI (средний инфракрасный прибор Уэбба) для обнаружения частиц чистого кремнезема (SiO 2 ) или кварца в атмосфере WASP-17 b.

«Мы были в восторге! Из наблюдений Хаббла мы знали, что в атмосфере WASP-17 b должны быть крошечные частицы, составляющие облака или дымку, но мы не ожидали, что они состоят из кварца!», - сообщил исследователь Бристольского университета Дэвид Грант в пресс-релизе НАСА.

Силикаты — это минералы, богатые кремнием и кислородом, которые встречаются на Земле, на Луне и в других земных (скалистых) мирах Солнечной системы. Таким образом, неудивительно, что силикаты также распространены по всему Млечному Пути: астрономы до сих пор обнаруживали их в атмосферах экзопланет и коричневых карликов — тел, которые формируются как звезды, но им не хватает массы, чтобы вызвать ядерный синтез водорода, отсюда и прозвище «неудавшиеся звезды».

Однако здесь есть ключевое отличие от тех исторических открытий. Предыдущие силикаты, наблюдавшиеся в атмосферах экзопланет, были силикатами, богатыми магнием, такими как оливин и пироксен, а не чистым кварцем.

«Мы полностью ожидали увидеть силикаты магния», — добавила в том же пресс-релизе соавтор статьи и исследователь Бристольского университета Ханна Уэйкфорд.

«Но вместо этого мы видим, скорее всего, строительные блоки этих крошечных «затравочных» частиц, необходимых для формирования более крупных силикатных зерен, которые мы обнаруживаем на более холодных экзопланетах и ​​коричневых карликах», - отметила Уэйкфорд.

Команда смогла сделать это обнаружение благодаря сверхпухлости WASP-17 b, что, наряду с коротким периодом обращения, делает ее идеальным кандидатом для изучения с помощью трансмиссионной спектроскопии. Этот процесс измеряет влияние, которое прохождение атмосферы планеты оказывает на звездный свет, а поскольку химические элементы поглощают свет с особыми и уникальными свойствами, он может сказать ученым, из чего состоит эта атмосфера.

JWST наблюдал за WASP-17 b около десяти часов, выполнив более 1275 измерений яркости, фильтруя звездный свет через ее атмосферу. Это выявило неожиданный сигнал, не соответствующий облакам силикатов магния или другим возможным высокотемпературным аэрозолям, таким как оксид алюминия. Этот сигнал имел смысл только с точки зрения кварцевых облаков.

Кристаллы кварца, вероятно, имеют заостренную угловатую форму, как и земной кварц, хотя и состоят из гораздо меньших фрагментов, шириной не более одной миллионной сантиметра.

Кроме того, в отличие от кварца на Земле, силикат вокруг WASP-17 b возникает не из горных пород, скажем, вынесенных в атмосферу с поверхности планеты сильными ветрами, а поступает из самой атмосферы. Высокие температуры WASP-17 b и относительно низкое давление в верхних слоях атмосферы позволяют формироваться твердым кристаллам непосредственно из газа, минуя жидкую фазу.

Определение состава облаков экзопланет имеет огромное значение для выявления общих условий этих миров и выяснения того, как они сформировались.

«Эти красивые кристаллы кремнезема рассказывают нам о наличии различных материалов и о том, как все они собираются вместе, формируя окружающую среду этой планеты».

Количество кварца, присутствующего в облаках WASP-17 b, пока неизвестно исследователям, но считается, что большая часть его находится на линии терминатора, которая разделяет дневную и ночную стороны экзопланеты. Также возможно, что ветры со скоростью несколько тысяч миль в час смогут переносить облака с прохладной ночной стороны на палящую жаркую дневную сторону, где силикаты снова испарятся. Если эта гипотеза подтвердится, зрелище стеклянных частиц, летящих вокруг на таких высоких скоростях, еще больше подчеркнет потусторонность экзопланет, в отличие от нашей относительно безопасной Солнечной системы, пишет advancedsciencenews.