Новые странности от экзопланет: металл тяжелее железа летает на них, как облака

Астрофизики смогли обнаружить барий на двух экзопланетах – WASP-76b и WASP-121b. Причем он находится в верхних слоях атмосферы, что противоречит законам земной физики. Это открытие поднимает новые вопросы о том, как устроены экзопланеты.

Планеты WASP-76b и WASP-121 – это горячие юпитеры, масса которых сравнима с массой Юпитера, а температура достигает 1000 ℃ и выше. Они оба вращаются вокруг звезды WASP-76, находящейся примерно в 390 световых годах от нас в созвездии Рыб.

Благодаря размерам и высокой температуре эти планеты проще всего наблюдать с Земли, а потому они наиболее хорошо изучены в сравнении с другими экзопланетами. 

Когда свет от звезд проходит через атмосферу планеты, он фильтруется химическими элементами и молекулами в газовом слое. С помощью чувствительных инструментов этот процесс можно наблюдать с Земли. 

Так, на WASP-76b и WASP-121 были найдены несколько химических соединений, а также обнаружены явные признаки атмосферной динамики.

 

Художественное изображение горячего Юпитера, который проходит перед звездой. Это самый удобный момент для наблюдений с Земли. Изображение: ESO/M. Kornmesser

Недавно ученые проанализировали наблюдения за транзитом планет на фоне их звезды, сделанные с помощью Очень большого телескопа в Чили и ESPRESSO – эшелле-спектрографа для скалистых экзопланет и стабильных спектральных наблюдений.

Результаты нового исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics. Для извлечения планетарных спектров WASP-76b и WASP-121 была внесена поправка на теллурическое поглощение и исключены примеси звездного спектра. Затем астрономы применили новые шаблоны, разработанные для горячих юпитеров в сочетании с методом взаимной корреляции. Все это позволило выявить новые химические элементы, которые не были обнаружены ранее.

При этом удалось подтвердить наличие в атмосфере этих экзопланет кобальта, хрома, железа, водорода, лития, магния, марганца, натрия и ванадия, а также стронция и кальция. К тому же предположительно были найден титан, но самое интересное в том, что в атмосферах планет был обнаружен барий. На данный момент это наиболее тяжелый химический элемент на экзопланетах – в 2,5 раза тяжелее железа.

Художественное изображение ночной стороны экзопланеты WASP-76b, на которой проливается железный дождь. В левой части можно увидеть границу между дневной и ночной половинами планеты. Изображение: ESO/M. Kornmesser

Но странность заключается в том, что барий был обнаружен в верхних слоях атмосферы, где согласно земным законам физики он находиться не должен. Это поднимает новые вопросы о том, как устроены экзопланеты и какие процессы происходят на их поверхности в атмосфере.

Пока что на эти вопросы нет ответов, хотя ученые предполагают, что на WASP-76b идут дожди из железа. У этой планеты есть дневная сторона с температурой около 2400 ℃, при которой металлы испаряются с поверхности. Затем пары железа переносятся ветром на более прохладную ночную стороны, где конденсируются, в результате чего выпадает железный дождь.

На данном этапе изучения невозможно найти понятные объяснения тому, что происходит на объектах за пределами Солнечной системы. Но знания о них постепенно накапливаются, и каждое подобное наблюдение дает еще один ключ к открытию тайн экзопланет.