На этой сверхгорячей экзопланете — настоящий «железный занавес» вместо неба

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.

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.