Впервые в истории астрономы обнаружили железо и титан в атмосфере планеты за пределами Солнечной системы. Эта экзопланета — KELT-9b — представляет собой самый горячий инопланетный мир из всех, что мы когда-либо находили. Планета настолько раскалена, что ее температура выше даже, чем у большинства звезд. Горячая экзопланета расположена примерно в 620 световых годах от Земли в созвездии Лебедя — астрономы называют такие «сверхгорячими Юпитерами». KELT-9b — гигантский газовый мир, похожий на Юпитер, крупнейшую планету в Солнечной системе. Однако масса его в три раза больше юпитерианской и диаметр — в два раза, а орбита расположена очень близко к родительской звезде экзопланеты, KELT-9.
«Сверхгорячий Юпитер» — это неофициальный термин для горячих экзопланет типа Юпитера, температуры которых превосходят 1700 градусов Цельсия. Они «настолько горячи, что имеют определенные сходства со звездами, хотя являются планетами», говорит Кевин Хен, астрофизик из Бернского университета в Швейцарии. KELT-9b может достигать температур в 4300 градусов.
Самая горячая планета
Это рекордное тепло позволило астрономам обнаружить железо и титан в атмосфере KELT-9b. Хотя ученые давно подозревают, что эти элементы присутствуют на некоторых экзопланетах, железо является одним из самых распространенных элементов во Вселенной — их трудно обнаружить в прохладной среде, потому что атомы в основном «заточены в других молекулах», говорит Хен. Но KELT-9b настолько горячая, что облака не конденсируются в его атмосфере, позволяя отдельным атомам железа и других металлов летать по отдельности.
Титан был замечен в атмосфере экзопланеты и раньше — но не в атомной форме. В сентябре 2017 года астрономы, работающие с космическим телескопом Хаббла, объявили, что обнаружили диоксид титана в атмосфере экзопланеты Kepler-13A.
Астрономы могут обнаруживать различные элементы, изучая спектр света, исходящего от объекта в пространстве. Поскольку экзопланета не излучает свой собственный свет, Хен и его команда исследователей изучили данные телескопа, собранные во время солнечного транзита, когда экзопланета проходила прямо перед своей звездой.
Что удобно, данные уже существовали до того, как Хен и его соавторы решили заняться этим исследованием. После того, как его коллеги из Женевского университета использовали спектральные данные для поиска водорода в атмосфере KELT-9b, «они фактически хранили данные в ящике, потому что не было никаких оснований искать железо или титан», говорит Хен. «Затем, несколько месяцев назад, мы провели теоретическое исследование, которое предсказало, что железо и титан должны быть там, и это мотивировало нас на поиск».
Используя данные годичной давности от Национального телескопа Галилея в Ла-Пальме, Испания, ученые начали охоту на металлы в спектре света, который светил через атмосферу KELT-9b в течение 5-часового транзита. Эти данные были собраны с использованием спектрографа HARPS.
«Разные атомы и молекулы демонстрируют разные сигнатуры, когда вы расщепляете свет на спектр», говорит Хен. «Имея достаточное разрешение, достаточно данных, можно обеспечить каждую молекулу уникальной подписью». Поиск подписей железа и титана — элементов, которые, по мнению Хена и его команды, должны быть в атмосфере KELT-9b — потребует «сочетания мощных вычислений, тщательного исследования спектроскопических баз данных и щепетильного сбора подробностей», писал Хен.
Команда Хена обратилась за помощью к Саймону Гримму, астрофизику из Университета Берна, специалиста по расчетам непрозрачности атомо и молекул. «Эти непрозрачности не так легко рассчитать, потому что нужно оценивать силы и формы миллионов и миллиардов спектральных линий».
Предыдущие исследования, в рамках которых вели поиск водорода в атмосфере KELT-9b, увидели сильные линии абсорбции водорода в спектре, не проводя каких-либо сложных кросс-корреляционных анализов, чтобы найти железо и титан, в отличие от исследования Хена. Астрономы, которые собирали данные для поиска водорода, не имели теоретической мотивации для серьезного поиска металлов вроде железа.
Другое исследование, опубликованное 2 июля в журнале Nature Astronomy, показало, что водород фактически «выкипает» из атмосферы KELT-9b и засасывается родительской звездой планеты. «Возможно, тяжелый металл тоже убегает вследствие того, что мощный побег водорода «затягивает» тяжелые элементы в верхние слои атмосферы», говорит Фей Янь из Института астрономии Макса Планка, ведущий автор исследования.
В то время как железо и титан в атмосфере KELT-9b были важным открытием, Хен говорит, что интересна сама техника открытия. Потому что такой же метод будет использоваться для обнаружения биосигнатур. Впрочем, маловероятно, что астрономы найдут какие-либо признаки жизни на этой адской планете.
