Измерение воды с высочайшей точностью на планете за пределами Солнечной системы

Команда астрономов, использующая космический телескоп НАСА Хаббл, отправилась на поиски водяного пара в атмосферах трех планет, вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце, — и поднялась почти полностью.Три планеты, HD 189733b, HD 209458b и WASP-12b, находятся на расстоянии от 60 до 900 световых лет и являются газовыми гигантами, известными как «горячие юпитеры».

Эти миры настолько горячие, с температурами от 900 до 2200 градусов по Цельсию, что они являются идеальными кандидатами для обнаружения водяного пара в их атмосфере.Однако на трех планетах содержится от одной десятой до одной тысячной количества воды, предсказываемого стандартными теориями образования планет.

Лучшее измерение воды на планете HD 209458b составило от 4 до 24 частей на миллион. Результаты поднимают новые вопросы о том, как формируются экзопланеты, и подчеркивают проблемы, связанные с поиском воды на экзопланетах земного типа в будущем. Результаты опубликованы сегодня (24 июля) в журнале Astrophysical Journal Letters."Наше измерение воды на одной из планет, HD 209458b, является самым точным измерением любого химического соединения на планете за пределами Солнечной системы, и теперь мы можем сказать с гораздо большей уверенностью, чем когда-либо прежде, что мы обнаружили воду в экзопланета ", — сказал доктор Никку Мадхусудхан из Института астрономии Кембриджского университета, руководивший исследованием. «Однако низкая водность, которую мы наблюдаем, довольно удивительна».

Доктор Мадхусудхан и его сотрудники использовали ближний инфракрасный спектр планетных атмосфер, наблюдаемых с помощью космического телескопа Хаббла, когда планеты проходили перед своими родительскими звездами, если смотреть с Земли. Особенности поглощения водяного пара в атмосфере планеты накладываются на небольшое количество звездного света, который проходит через атмосферу планеты, прежде чем попасть в телескоп. Планетарный спектр получается путем определения изменения звездного спектра, вызванного планетарной атмосферой, и затем используется для оценки количества водяного пара в планетной атмосфере с использованием сложных компьютерных моделей и статистических методов.

Мадхусудхан сказал, что полученные данные представляют собой серьезную проблему для теории экзопланет. «По сути, это открывает целую банку червей в формировании планет. Мы ожидали, что у этих планет будет много воды в их атмосфере.

Мы должны пересмотреть модели образования и миграции планет-гигантов, особенно горячих юпитеров, чтобы исследовать, как они формируются. . "В настоящее время принятая теория о том, как образовались планеты-гиганты в нашей солнечной системе, известна как аккреция ядра, в которой планета формируется вокруг молодой звезды в протопланетном диске, состоящем в основном из водорода, гелия, а также частиц льда и пыли, состоящих из других химических веществ. элементы. Частицы пыли прилипают друг к другу, в конечном итоге образуя все более крупные зерна.

Гравитационные силы диска притягивают эти зерна и более крупные планетезимали, пока не образуется твердое ядро. Это ядро ??затем приводит к неконтролируемой аккреции планетезималей и газа, чтобы в конечном итоге сформировать гигантскую планету.Эта теория предсказывает, что пропорции различных элементов на планете увеличены по сравнению с элементами в их звезде, особенно кислорода, который, как предполагается, является наиболее увеличенным.

Ожидается, что после образования планеты-гиганта ее атмосферный кислород будет в основном в форме воды. Таким образом, очень низкие уровни водяного пара, обнаруженные в ходе этого исследования, вызывают ряд вопросов о химических ингредиентах, которые приводят к образованию планет.«Мы все еще не понимаем многих вещей об экзопланетах — это открывает новую главу в понимании того, как формируются планеты и солнечные системы», — сказал доктор Дрейк Деминг из Университета Мэриленда, который руководил одним из исследований предшественников и является соавтором настоящего исследования. «Эти результаты подчеркивают необходимость высокоточной спектроскопии — дополнительные наблюдения с космического телескопа Хаббла и телескопов следующего поколения, которые в настоящее время разрабатываются, облегчат эту задачу».

Новое открытие также подчеркивает некоторые серьезные проблемы в поисках «священного Грааля» экзопланеты — экзопланеты с климатом, подобным земному, ключевой характеристикой которого является наличие жидкой воды.«Эти очень горячие планеты с большой атмосферой вращаются вокруг некоторых из наших ближайших звезд, что делает их наилучшими кандидатами для измерения уровня воды, но тем не менее, уровни, которые мы обнаружили, были намного ниже, чем ожидалось», — сказал доктор Мадхусудхан. «Эти результаты показывают, насколько сложно может быть обнаружение воды на земных экзопланетах в наших поисках потенциальной жизни в другом месте».

Инструменты на будущих телескопах, ищущих биосигнатуры, возможно, потребуется разработать с более высокой чувствительностью, чтобы учесть возможность того, что планеты будут значительно суше, чем предполагалось.Исследователи также рассмотрели возможность того, что облака могут быть ответственны за затемнение частей атмосферы, что приводит к наблюдаемым низким уровням воды. Однако такое объяснение требует, чтобы частицы тяжелых облаков были взвешены слишком высоко в атмосфере, чтобы быть физически правдоподобным для всех планет, участвующих в исследовании.Другими авторами статьи являются доктор Николас Крузе из Института Данлэпа при Университете Торонто и доктор Питер Маккалоу из Научного института космического телескопа и Университета Джона Хопкинса.

Работа была поддержана НАСА через грант Научного института космического телескопа, который находится в ведении Ассоциации университетов для исследований в области астрономии, Inc.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *