Химический отпечаток первой транзитной экзопланеты показал ее далекое место рождения

Анализ атмосферы планеты, проведенный группой ученых из Университета Уорвика, позволил идентифицировать химический отпечаток планеты, которая сформировалась гораздо дальше от своего солнца, чем она находится в настоящее время. Это подтверждает предыдущее мнение о том, что планета переместилась в свое текущее положение после формирования, всего на 7 миллионов км от своего Солнца или эквивалент 1/20 расстояния от Земли до Солнца.

Это также первый случай, когда астрономы использовали 6 молекул, чтобы точно определить место, в котором формируются горячие планеты-гиганты, благодаря составу их атмосфер.

С появлением в ближайшее время новых, более мощных телескопов их метод может быть использован для изучения химии экзопланет, на которых потенциально может быть жизнь.

В этом исследовании использовался Telescopio Nazionale Galileo на Ла-Пальме, Испания, для получения спектров с высоким разрешением атмосферы экзопланеты HD 209458b, когда она 4 раза проходила перед своей звездой. Свет от звезды изменяется, когда проходит через атмосферу планеты, и, анализируя различия в результирующем спектре, астрономы могут определить, какие химические вещества присутствуют и их количество.

Впервые астрономы смогли обнаружить цианистый водород, метан, аммиак, ацетилен, окись углерода и небольшое количество водяного пара в атмосфере HD 209458b. Неожиданное обилие молекул на основе углерода (цианистый водород, метан, ацетилен и окись углерода) предполагает, что в атмосфере примерно столько же атомов углерода, сколько и атомов кислорода, что вдвое превышает ожидаемое количество углерода. Это говорит о том, что во время формирования на планете преимущественно образовался газ, богатый углеродом, что возможно только в том случае, если она вращалась намного дальше от звезды в момент первоначального формирования на расстоянии, как от Юпитера или Сатурна в нашей Солнечной системе.

Доктор Сиддхарт Ганди из физического факультета Уорикского университета сказал: «Ключевыми химическими веществами являются углеродсодержащие и азотсодержащие вещества. Если они находятся на обнаруженном уровне, это указывает на атмосферу, обогащенную углеродом по сравнению с кислородом. Мы впервые использовали 6 химических веществ, чтобы сузить область протопланетного диска, где они должны были образоваться.

«Невозможно, чтобы планета образовалась с такой богатой углеродом атмосферой, если находилась в пределах линии конденсации водяного пара. При очень высокой температуре этой планеты (1500 К), если атмосфера содержит все элементы, входящие в состав, в той же пропорции, что и в родительской звезде, кислорода должно быть в 2 раза больше, чем углерода, и быть связанным с водородом с образованием воды или с углеродом с образованием монооксида углерода. Наш совершенно другой вывод согласуется с нынешним пониманием того, что горячие юпитеры, такие как HD 209458b, образовались далеко от их текущего местоположения».

Используя модели планетарного образования, астрономы сравнили химический отпечаток HD 209458b с тем, что ожидали увидеть от планеты такого типа.

Солнечная система начинает жизнь как диск из материала, окружающего звезду, который собирается вместе, образуя твердые ядра планет, которые затем срастаются с газообразным материалом, образуя атмосферу. Вблизи звезды, более горячо, большая часть кислорода остается в атмосфере в виде водяного пара. Далее по мере похолодания вода конденсируется, превращаясь в лед и запирается в ядре планеты, оставляя атмосферу, в большей степени состоящую из молекул на основе углерода и азота. Поэтому ожидается, что планеты, вращающиеся вокруг солнца, будут с атмосферой, богатой кислородом, а не углеродом.

HD 209458b была первой экзопланетой, которая была идентифицирована с помощью метода транзита. Она была предметом многих исследований, но впервые в атмосфере были измерены 6 отдельных молекул, чтобы создать подробный «химический отпечаток».