Webb виявляє кристали кварцу в хмарах гарячого газового гіганта

Дослідники за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба NASA виявили докази наявності кварцових нанокристалів у висотних хмарах WASP-17 b, гарячої екзопланети Юпітера за 1300 світлових років від Землі. Виявлення, яке стало унікальним за допомогою MIRI (Infrared Instrument Webb’s Mid-Infrared Instrument), знаменує собою перший випадок, коли частинки кремнезему (SiO ₂ ) були помічені в атмосфері екзопланети.

Кристали кварцу мають лише близько 10 нанометрів у поперечнику, настільки малі, що 10 000 можуть поміститися пліч-о-пліч на людську волосину. Їх розмір і склад чистого кремнезему були описані в «JWST-TST DREAMS: Кварцові хмари в атмосфері WASP-17b», опублікованому в Astrophysical Journal Letters .

«Дані Хаббла фактично зіграли ключову роль у обмеженні розміру цих частинок. Лише з даних MIRI Вебба ми знаємо, що існує діоксид кремнію, але нам знадобилися спостереження Хаббла у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах для контексту, щоб з’ясувати, наскільки великі кристали. «, — сказала співавтор Ніколь Льюїс, ад’юнкт-професор астрономії в Коледжі мистецтв і наук, член Інституту Карла Сагана та керівник програми Webb Guaranteed Time Observation (GTO), розробленої для створення тривимірного вигляду гаряча атмосфера Юпітера.

Вебб спостерігав за системою WASP-17 протягом майже 10 годин, зібравши понад 1275 вимірювань яскравості 5-12-мікронного інфрачервоного світла, коли планета перетинала свою зірку. Віднімаючи яскравість окремих довжин хвиль світла, яке досягало телескопа, коли планета була перед зіркою, від яскравості окремої зірки, дослідницька група змогла обчислити кількість кожної довжини хвилі, заблокованої атмосферою планети.

Те, що виявилося, було несподіваним «виступом» розміром 8,6 мікрон, який найкраще пояснюється тим, що хмари складаються з кварцу, а не силікатів магнію чи інших можливих високотемпературних аерозолів, таких як оксид алюмінію. Унікальна здатність Вебба вимірювати надзвичайно тонкий вплив цих кристалів на світло зірок — і з відстані понад 7 мільйонів мільярдів миль — надає важливу інформацію про склад атмосфери екзопланет і нове розуміння погоди на них.

Результати авторів статті, які є частиною дослідницької групи телескопа JWST і включають дослідників з Науково-дослідного центру Еймса NASA та Центру космічних польотів імені Годдарда NASA, дають новий погляд на наше розуміння того, як формуються та еволюціонують хмари екзопланет. Замість насичених магнієм силікатів, таких як олівін і піроксен, які можна побачити на інших екзопланетах, дослідники знайшли їх будівельні блоки, чистий кремнезем, необхідний для формування більших силікатних зерен, знайдених у коричневих карликів і холодніших екзопланетах.

WASP-17 b має об’єм, який у сім разів перевищує об’єм Юпітера, і масу, меншу за половину Юпітера, є однією з найбільших і «найпухливіших» відомих екзопланет. Це, разом із коротким орбітальним періодом у 3,7 земних дня, робить планету ідеальною для трансмісійної спектроскопії: методу, який передбачає вимірювання впливу фільтрації та розсіювання атмосфери планети на світло зірок для виявлення характеристик його складу.

На відміну від мінеральних частинок, знайдених у хмарах на Землі, кристали кварцу, виявлені в хмарах WASP-17 b, не змітаються з кам’янистої поверхні. Натомість вони виникають у самій атмосфері.

«WASP-17 b надзвичайно гарячий — близько 2700 градусів за Фаренгейтом — і тиск, під час якого кристали кварцу утворюються високо в атмосфері, становить лише одну тисячну від того, що ми відчуваємо на поверхні Землі. У цих умовах тверді кристали можуть утворюватися безпосередньо з газ, не проходячи спочатку через рідку фазу», — сказав перший автор Девід Грант, Брістольський університет.

«Важко визначити, скільки саме там кварцу і наскільки поширені хмари, але команда прагне зробити саме це, об’єднавши ці спостереження WASP-17b з іншими спостереженнями системи з JWST», — сказав Льюїс.

WASP-17 b є однією з трьох планет, націлених на дослідження групи вчених JWST Telescope Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres з використанням багатоінструментальної спектроскопії (DREAMS), які призначені для збору повного набору спостережень одного представника з кожного ключового класу екзопланет. : гарячий Юпітер, теплий Нептун і помірна скеляста планета. Спостереження MIRI гарячого Юпітера WASP-17 b проводилися в рамках програми GTO 1353. Джерело