Наиболее обширное исследование химического состава атмосферы экзопланет на сегодняшний день выявило тенденции, которые бросают вызов современным теориям формирования планет и имеют значение для поиска воды в Солнечной системе и за ее пределами.
Команда исследователей, возглавляемая Кембриджским университетом, использовала атмосферные данные 19 экзопланет для получения подробных измерений их химических и термических свойств. Экзопланеты в исследовании охватывают широкий диапазон размеров - от «мини-нептунов» масса которых равна почти 10 масс Земли до «супер-юпитеров», чья масса составляет уже 600 масс Земли - и температуры от почти 20°С до более чем 2000°С. Как и планеты - гиганты в нашей солнечной системе, их атмосфера богата водородом, но они вращаются вокруг различных типов звезд.
Исследователи обнаружили, что, хотя водяной пар является обычным явлением в атмосферах многих экзопланет, его количество было на удивление ниже ожидаемого, тогда как количество других элементов, обнаруженных на некоторых планетах, соответствовало ожиданиям. Результаты, которые являются частью пятилетней исследовательской программы по изучению химического состава атмосфер планет за пределами нашей солнечной системы, сообщаются в Astrophysical Journal Letters.
«Мы видим первые признаки химических структур во внеземных мирах, и мы видим, насколько разнообразными они могут быть с точки зрения их химического состава», - сказал руководитель проекта доктор Никку Мадхусудхан из Института астрономии в Кембридже, который впервые измерил низкое содержание водяного пара в гигантских экзопланетах пять лет назад.
В нашей солнечной системе количество углерода относительно водорода в атмосферах планет-гигантов значительно выше, чем у Солнца. Считается, что это «сверхсолнечное» изобилие возникло, когда формировались планеты, и большое количество льда, камней и других частиц было доставлено на планету в процессе, называемом аккрецией.
Было предсказано, что содержание других элементов в атмосферах гигантских экзопланет будет таким же высоким, особенно кислорода, который является наиболее распространенным элементом во вселенной после водорода и гелия. Это означает, что вода, являющаяся доминирующим носителем кислорода, также, как ожидается, будет в избытке в таких атмосферах.
Исследователи использовали обширные спектроскопические данные космических и наземных телескопов, включая космический телескоп Хаббл, космический телескоп Spitzer, очень большой телескоп в Чили и Gran Telescopio Canarias в Испании. Диапазон доступных наблюдений, наряду с подробными вычислительными моделями, статистическими методами и атомными свойствами натрия и калия, позволили исследователям получить оценки химического содержания в атмосферах экзопланет по всему образцу.
Команда сообщила об изобилии водяного пара на 14 из 19 планет и об обилии натрия и калия на шести планетах. Их результаты предполагают, истощение кислорода относительно других элементов и дают химические подсказки о том, как эти экзопланеты могли образоваться без существенного нарастания льда.
«Невероятно видеть такое низкое содержание воды в атмосфере широкого спектра планет, вращающихся вокруг множества звезд», - сказал Мадхусудхан.
«Измерение содержания этих химических веществ в экзопланетных атмосферах является чем-то необычным, учитывая, что мы еще не смогли сделать то же самое для планет-гигантов в нашей солнечной системе, включая Юпитер, нашего ближайшего соседа-гиганта по газу», - сказал Луис Уэлбэнкс, ведущий автор исследования и доктор философии студент в Институте астрономии.
Различные попытки измерить воду в атмосфере Юпитера, включая текущую миссию НАСА «Юнона», оказались практически невыполнимыми. «Поскольку Юпитер настолько холодный, что любой водяной пар в его атмосфере будет конденсироваться, что затруднит его измерение», - сказал Уэлбэнкс. «Если бы обилие воды в Юпитере оказалось достаточным, как и предполагалось, это означало бы, что оно образовалось не так, как экзопланеты, на которые мы смотрели в настоящем исследовании».
Эти результаты показывают, что больше нельзя предполагать, что различные химические элементы одинаково богаты в атмосферах планет, что ставит под сомнение некоторые теоретические модели.
«Учитывая, что вода является ключевым ингредиентом нашего представления об обитаемости на Земле, важно знать, сколько воды можно найти в планетных системах за пределами нашей», - сказал Мадхусудхан.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20191211231417
