Это открытие рассказывает ученым о разнообразии материалов, которые формируют планетарную среду, основываясь на данных инструмента MIRI, которым управляет Лаборатория реактивного движения NASA (JPL).
Исследователи с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА обнаружили доказательства наличия нанокристаллов кварца в высотных облаках WASP-17 b, горячей экзопланеты в 1300 световых годах от Земли. Обнаружение, которое стало возможным исключительно с помощью камеры MIRI (Mid-Infrared Instrument) Уэбба, знаменует собой первый случай, когда частицы кремнезема (SiO2) были обнаружены в атмосфере экзопланеты.
«Мы были в восторге!» — сказал Дэвид Грант, исследователь из Бристольского университета в Великобритании и первый автор статьи, опубликованной сегодня в Astrophysical Journal Letters. «Из наблюдений Хаббла мы знали, что в атмосфере WASP-17 b должны быть аэрозоли — крошечные частицы, составляющие облака или дымку, но мы не ожидали, что они состоят из кварца».
Силикаты (минералы, богатые кремнием и кислородом) составляют большую часть Земли и Луны, а также других каменистых объектов в нашей Солнечной системе и чрезвычайно распространены по всей галактике. Но силикатные зерна, ранее обнаруженные в атмосферах экзопланет и коричневых карликов, по-видимому, состоят из богатых магнием силикатов, таких как оливин и пироксен, а не только из кварца, который представляет собой чистый SiO2.
Результат наблюдений команды, в которую также входят исследователи из Исследовательского центра Эймса НАСА и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, вносит новый поворот в понимание того, как формируются и развиваются облака экзопланет. «Мы вполне ожидали увидеть силикаты магния», — сказала соавтор Ханна Уэйкфорд, также из Бристольского университета. «Но вместо этого мы видим, скорее всего, строительные блоки этих крошечных «зародышевых» частиц, необходимых для формирования более крупных силикатных зерен, которые мы обнаруживаем на более холодных экзопланетах и коричневых карликах».
WASP-17 b с объемом более чем в семь раз больше Юпитера и массой менее половины Юпитера является одной из крупнейших и самых пухлых известных экзопланет. Наряду с коротким периодом обращения всего в 3,7 земных дня, это делает планету идеальной для трансмиссионной спектроскопии: метода, который включает в себя измерение эффектов фильтрации и рассеяния атмосферы планеты в звездном свете.
Уэбб наблюдал за системой WASP-17 почти 10 часов, собрав более 1275 измерений яркости среднего инфракрасного света размером от 5 до 12 микрон, когда планета пересекала свою звезду. Вычитая яркость отдельных длин волн света, которые достигли телескопа, когда планета находилась перед звездой, из яркости самой звезды, команда смогла вычислить количество каждой длины волны, блокируемой атмосферой планеты.
В результате возник неожиданная «выпуклость» размером 8,6 микрон, особенность, которую нельзя было бы ожидать, если бы облака состояли из силикатов магния или других возможных высокотемпературных аэрозолей, таких как оксид алюминия, но которая имеет смысл, если они состоят из кварца.
Кристаллы, облака и ветры
По форме эти кристаллы, вероятно, похожи на заостренные шестиугольные призмы, каждый из них имеет диаметр всего около 10 нанометров – одну миллионную часть 1 сантиметра.
В отличие от минеральных частиц, обнаруженных в облаках на Земле, кристаллы кварца, обнаруженные в облаках WASP-17 b, не поднимаются с каменистой поверхности. Вместо этого они возникают в самой атмосфере. «WASP-17 b очень горячая — около 1500 градусов по Цельсию — и давление, при котором они формируются высоко в атмосфере, составляет лишь одну тысячную от того, что мы испытываем на поверхности Земли», — объяснил Грант. «В этих условиях твердые кристаллы могут образовываться непосредственно из газа, минуя сначала жидкую фазу».
Понимание того, из чего состоят облака, имеет решающее значение для понимания планеты в целом. Горячие планеты, такие как WASP-17 b, состоят в основном из водорода и гелия с небольшим количеством других газов, таких как водяной пар (H2O) и углекислый газ (CO2). «Если мы будем учитывать только кислород, который находится в этих газах, и пренебрегаем включением всего кислорода, заключенного в минералах, таких как кварц (SiO2), мы значительно недооценим общее содержание», — объяснила Уэйкфорд. «Эти красивые кристаллы кремнезема рассказывают нам о наличии различных материалов и о том, как все они собираются вместе, формируя окружающую среду этой планеты».
Трудно определить, сколько именно там кварца и насколько распространены облака. «Облака, вероятно, присутствуют вдоль перехода дня и ночи (терминатора), который является областью, которую исследуют наши наблюдения», — сказал Грант. Учитывая, что планета приливно-отливно связана с очень горячей дневной стороной и более прохладной ночной стороной, вполне вероятно, что облака циркулируют вокруг планеты, но испаряются, когда достигают более горячей дневной стороны. «Ветры могут перемещать эти крошечные стеклянные частицы со скоростью тысячи миль в час».
