Астрономи виявили планету, яка містить надзвичайно рідкісний для Землі елемент

Одна з найдикіших екзопланет, знайдених у Чумацькому Шляху, щойно стала ще цікавішою. В атмосфері KELT-9b астрономи виявили рідкісноземельний метал тербій, який крутиться у хмарах випарованого металу, і цей надзвичайно рідкісний елемент було вперше знайдено у віддаленому світі. Команда також зробила нові виявлення ванадію, барію, стронцію, нікелю та інших елементів, підтверджуючи попередні виявлення та припускаючи, що все, що відбувається з KELT-9b, справді дуже дивне.

«Ми розробили новий метод, який дозволяє отримати більш детальну інформацію. Використовуючи його, ми виявили сім елементів, включаючи рідкісну речовину тербій, яка ніколи раніше не була знайдена в атмосфері жодної екзопланети», — говорить астрофізик Ніколас Борсато з Лунда. Університет у Швеції.

«Знайти тербій в атмосфері екзопланети дуже дивно».

KELT-9b знаходиться приблизно в 670 світлових роках від нас і справді є однією з найбільш екстремальних екзопланет. Його називають гарячим Юпітером, газовим гігантом, який знаходиться на такій тісній орбіті зі своєю головною зіркою, що нагрівається до палючої температури.

Крім того, KELT-9b обертається навколо блакитного надгіганта – однієї з найгарячіших зірок – на надзвичайно вузькій орбіті всього за 1,48 дня.

Ця близькість значною мірою випаровує екзопланету: на денній стороні KELT-9b нагрівається до температур, що перевищують 4600 Кельвінів (4327 градусів за Цельсієм або 7820 градусів за Фаренгейтом). Це найвища температура, яку ми коли-небудь бачили на екзопланеті. Вона гарячіша, ніж щонайменше 80 відсотків усіх відомих зірок.

На щастя для нас, KELT-9b обертається таким чином, що проходить між нами та зіркою. Це означає, що вчені змогли зазирнути в його атмосферу.

Коли зіркове світло проходить через атмосферу KELT-9b, деякі довжини хвилі світла поглинаються та повторно випромінюються атомами газу. Сигнал крихітний, але, суміщаючи орбіти, астрономи можуть посилити сигнал, щоб побачити яскравіші та темніші частини в спектрі світла зірки, коли планета проходить транзитом, у порівнянні зі спостереженнями за самою зіркою.

Це вимагає невеликого аналізу, але вчені можуть подивитися на ознаки цих темних і світлих частин і визначити, які елементи спричиняють зміни світла.

Завдяки цим даним KELT-9b стала першою екзопланетою, в атмосфері якої в 2018 році було виявлено випаровування заліза та титану. Потім, через рік, вчені оголосили, що вони також знайшли натрій, магній, хром і рідкоземельні метали скандій та ітрій.

Тепер Борсато та його колеги удосконалили методи аналізу, щоб зробити ще більш детальну розбивку елементів, знайдених у спектрі KELT-9b та його головної зірки. Їхні результати підтвердили попередні виявлення водню, натрію, магнію, кальцію, хрому та заліза, а також виявили кілька металів, які не були помічені в атмосфері екзопланети.

Справжнім сюрпризом став тербій з атомним номером 65. Тут, на Землі, важкий елемент надзвичайно рідкісний, зазвичай зустрічається в слідових кількостях разом з іншими елементами. На сьогодні ми не виявили жодного природного мінералу з домінантою тербію; його кількість у земній корі становить приблизно 0,00012 відсотка.

Знайти його в іншому світі цікаво, тому що важкі елементи, такі як тербій, можуть бути створені лише за найжорсткіших обставин, таких як вибух наднової зірки або зіткнення двох нейтронних зірок.

Це вірно для всіх елементів, важчих за залізо, але виявлення тербію в атмосфері екзопланети зовсім не очікувалося, і це може розповісти нам щось про історію KELT-9b та його зірки.

Ми знаємо, що обидва відносно молоді, якщо говорити про ці речі: близько 300 мільйонів років. (Вік Сонця, для контексту, приблизно 4,6 мільярда років.) Щоб містити важкі елементи, подібні до тих, що були виявлені в атмосфері KELT-9b, вони повинні були утворитися з матеріалів, які включали викиди однієї з цих сильних подій.

Оскільки такі події відбуваються в кінці життя зірки, кількість важких елементів у Всесвіті з часом збільшується. Чим старша зірка або екзопланета, тим менше важких елементів вона міститиме. Навпаки, молодші зірки та екзопланети матимуть більше важких елементів і, ймовірно, більшу різноманітність.

«Дізнатися більше про важкі елементи допомагає нам, серед іншого, визначити вік екзопланет і те, як вони утворилися», — говорить Борсато.

Робота команди також вдосконалює методи, які використовуються для аналізу атмосфер екзопланет. Наука все ще досить нова, але вона розвивається не по днях, а по годинах; нове покоління телескопів розширить його експоненціально. Це не тільки для вивчення екстремальних викидів, таких як KELT-9b. Вчені вважають, що наше перше виявлення життя за межами Сонячної системи буде через виявлення біологічного матеріалу в атмосфері чужого світу.

«Виявлення важких елементів в атмосферах надгарячих екзопланет є ще одним кроком до вивчення того, як працюють атмосфери планет», — каже Борсато. «Чим краще ми дізнаємося про ці планети, тим більше у нас шансів знайти Землю 2.0 у майбутньому».

Дослідження було прийнято для публікації в Astronomy & Astrophysics і доступно на arXiv.