Atmosfera metali ciężkich

Badacze znaleźli mocne dowody na obecność tlenku tytanu w atmosferze gorącej gigantycznej planety, dodając nowe spojrzenie na złożone ruchy tych planet ekstremalne atmosfery.

Wrażenie artysty na egzoplanecie WASP-19b, w której astronomowie znaleźli tlenek tytanu.
ESO / M. Kornmesser

Astronomowie mogli zaobserwować jedną z cząsteczek, które rządzą strukturą atmosferyczną gorącego Jowisza.

Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał bardzo duży teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego do wykrywania tlenku tytanu w atmosferze WASP-19b, planety o masie Jowisza, która okrąża swoją gwiazdę macierzystą w zaledwie 19 godzin i ma temperaturę powierzchni 2000 C.

WASP-19b należy do klasy egzoplanet zwanej gorącymi Jowiszami, gigantycznymi kulami tlącego się gazu, krążącymi blisko ich gwiazd-gospodarzy. Na takich planetach astronomowie uważają, że tlenek tytanu może odgrywać rolę podobną do ozonu w atmosferze ziemskiej, pochłaniając promieniowanie z nadchodzącego światła gwiazd i redystrybuując go w atmosferze.

Obserwacja planety takiej jak WASP-19b jest jednak trudna ze względu na jej odległość i słaby blask w stosunku do światła jej gwiazdy.

W tym przypadku Elyar Sedaghati (Europejskie Obserwatorium Południowe i Uniwersytet Techniczny w Berlinie) i jego koledzy uchwycili światło gwiazdy, gdy przechodziła ona przez kawałek atmosfery WASP-19b podczas kilku planet. przepływa, gdy planeta przechodzi przed gwiazdą z naszego punktu widzenia.

Atmosfera planety może pochłaniać pewne długości fal światła podczas jej przechodzenia, wprowadzając subtelne zmiany, które mogą wychwycić teleskopy takie jak Very Large Telescope w Chile. Ta technika nazywa się spektroskopią transmisyjną . Analizując te zmiany, naukowcy odtwarzają skład chemiczny atmosfery.

W atmosferze WASP-19b zespół Ekipy Sedaghati znalazł tlenek tytanu, wodę i gęstą, rozpraszającą światło mgiełkę. Wykryli również obecność sodu.

Warto jednak zauważyć, że nie jest to bezpośrednia obserwacja linii widmowej każdej substancji. Są one w pewnym sensie zmieszane ze sobą w widmie transmisyjnym uzyskanym ze światła gwiazdy. Aby rozdzielić różne gatunki chemiczne, zespół Sedaghati musiał dopasować swoje obserwacje do istniejących modeli atmosferycznych. Aby to zrobić, wykorzystali algorytm komputerowy, który tasuje kilka parametrów, takich jak temperatura planety - a także możliwe scenariusze środowiskowe, takie jak obecność lub brak chmur lub zamglenia - w celu opracowania mieszanki chemicznej, która najprawdopodobniej spowodowałaby obserwowane efekty.

Poprzednie badania wykorzystywały podobne metody do wykrywania lekkich pierwiastków, takich jak wodór, węgiel, sód i potas w gorących gigantycznych atmosferach.

Odkrycie tlenku tytanu, jeśli się utrzymuje, jest ważne ze względu na jego wpływ na atmosferę egzoplanety. Uważa się, że działa jak pochłaniacz ciepła: tam, gdzie istnieje, wychwytuje ciepło światła gwiazdy macierzystej, tworząc warstwę atmosfery, w której temperatura rośnie zamiast spada wraz z wysokością. Ziemia ma podobną warstwę inwersyjną ze względu na ozon w dolnej stratosferze.

Astronomowie uchwycili już wskazówki takiej inwersji w innych gorących Jowiszach, takich jak WASP-33b i WASP-121b, ale to badanie stanowi pierwszy solidny dowód na to, że cząsteczka może być winowajcą takich inwersji w tych niezwykle gorących atmosferach.

Odniesienia: Sedaghati i in. „Wykrywanie tlenku tytanu w atmosferze gorącego Jowisza”. Nature, wrzesień 2017 r.

Heng. „Astronomia: warstwa podobna do ozonu w atmosferze egzoplanety”. Nature, 3 sierpnia 2017 r

Haynes i in. „Spektroskopowe dowody inwersji temperatury w dziennej atmosferze gorącego Jowisza WASP-33b.” Astrophysical Journal, 06 maja 2015.