Ученые обнаружили самый тяжелый элемент из когда-либо обнаруженных на экзопланетах
Удивительное открытие: исследователи обнаружили самарий в атмосфере экзопланеты MASCARA-4b. Это самый тяжелый элемент из когда-либо обнаруженных на экзопланетах, намного превышающий предыдущий рекорд - барий. Это открытие проливает свет на непредвиденную сложность ультрагорячих юпитерианских планет и является значительным шагом вперед в понимании их формирования и эволюции.
Открытая в 2020 году и расположенная в 557 световых годах от Земли, MASCARA-4b является газообразной экзопланетой с массой, примерно в три раза превышающей массу Юпитера. Многочисленные слои плотного газа, большая масса и температура поверхности до 2000 °C придают ей статус сверхгорячего Юпитера. Такая экстремальная температура обусловлена близостью к звезде-хозяину типа А, расположенной на расстоянии всего 0,047 астрономических единиц, вокруг которой она вращается по орбите всего за 2,8 дня.
Самарий был обнаружен на экзопланете группой специалистов из Национальных астрономических обсерваторий Китая. Проведя спектроскопический анализ атмосферы планеты с помощью Очень большого телескопа в Чили, исследователи обнаружили различные тяжелые элементы. Горячие юпитерианские планеты особенно хорошо подходят для спектроскопии из-за их близости к своей звезде, экстремальных температур внутри них и размера их атмосферы.
Среди тяжелых элементов, обнаруженных исследователями, есть барий, который ранее считался самым тяжелым элементом из когда-либо обнаруженных на экзопланетах и был впервые обнаружен на WASP-76 b и WASP-121 b. Удивительно, но на этот раз исследователи также обнаружили в атмосфере MASCARA-4b самарий, элемент еще более тяжелый, чем барий.
Загадочное открытие
Ожидается, что в качестве тяжелых элементов такие элементы, как барий, будут обнаружены в основном в глубоких слоях атмосфер экзопланет газовых гигантов. По мнению авторов исследования, предварительно опубликованного на , каждая звезда и планета должны содержать эти элементы, как только они формируются. Однако их атомный номер или количество протонов должны препятствовать их легкому обнаружению в верхних слоях атмосферы. В частности, ожидалось, что эти тяжелые элементы будут находиться в низковысотных областях с высоким давлением, обусловленным гравитацией этих планет.
Наблюдения китайских исследователей впервые выявили присутствие рубидия и самария на экзопланете. Если рубидий является щелочным элементом (как натрий и калий), то самарий (атомный номер 62) - первый элемент из серии лантанидов, обнаруженный на экзопланете, и он значительно тяжелее бария (атомный номер 56).
Обнаружение самария предполагает, что этот элемент встречается на больших высотах, и говорит о том, что атмосферы сверхгорячих юпитеров могут содержать тяжелые элементы в гораздо больших количествах, чем считалось ранее. Кроме того, присутствие самария указывает на то, что атмосфера MASCARA-4b довольно бедна водой и кислородом, поскольку этот элемент склонен вступать с ними в реакцию.
На Земле тяжелые элементы, такие как барий и самарий, иногда встречаются в атмосфере и в земной коре, но в ничтожных количествах. Присутствие этих элементов в таком высоком количестве в атмосфере юпитерианских экзопланет, таких, как MASCARA-4b, интригует ученых и вызывает множество вопросов об атмосферной среде этих планет.
Более того, результаты нового исследования позволяют предположить, что ультрагорячие юпитерианские планеты могут быть гораздо сложнее, чем считалось ранее. Ученые надеются узнать больше благодаря будущим инструментам, способным обеспечить более глубокие наблюдения, таким как спектрограф Armazones High Dispersion Echelle (ANDES) на Чрезвычайно большом телескопе (в настоящее время строится в Чили). Это позволит с большей точностью анализировать не только газовые экзопланеты-гиганты, но и каменистые экзопланеты, которые меньше и сложнее для наблюдения.
ъ