Астрономы обнаружили, что гигантская экзопланета WASP-189b по химическому составу очень похожа на свою материнскую звезду. Это первое прямое подтверждение ключевой идеи в астробиологии.

Прорыв произошел благодаря первому одновременному обнаружению газообразного магния и кремния в атмосфере планеты. Исследователи проводили наблюдения с помощью телескопа «Джемини-Юг», входящего в состав Международной обсерватории «Джемини», которая частично финансируется Национальным научным фондом США и управляется NOIRLab Национального научного фонда США.

WASP-189b, расположенная на расстоянии почти 320 световых лет (около 1,9 квадриллиона миль) от нас в созвездии Весов, классифицируется как ультрагорячий Юпитер (UHJ). Эти планеты достигают таких высоких температур, что на их поверхности испаряются такие элементы, из которых состоят горные породы, как магний (Mg), кремний (Si) и железо (Fe). Это делает их идеальными объектами для спектроскопии — метода, который позволяет разделить свет на составляющие его длины волн для определения химических характеристик.

Исследование провел Хорхе Антонио Санчес, аспирант Университета штата Аризона (ASU), вместе с международной группой астрономов. Они наблюдали за WASP-189b с помощью иммерсионного инфракрасного спектрографа высокого разрешения (IGRINS), установленного на телескопе «Джемини-Юг» в Чили. Этот прибор позволил им одновременно измерить содержание магния и кремния в атмосфере планеты.

Результаты показывают, что соотношение магния и кремния на планете такое же, как на ее родительской звезде. Это первое прямое доказательство, подтверждающее давнее предположение о том, как формируются планеты, и открывающее новые возможности для изучения происхождения и эволюции экзопланет.

Телескоп «Джемини» и прорывные измерения

«Эти открытия демонстрируют способность «Джемини» помочь нам понять особенности удивительного «зоопарка» экзопланет в окрестностях нашей Солнечной системы, — говорит Крис Дэвис, программный директор NOIRLab Национального научного фонда США. — Такие открытия возможны только благодаря передовым инструментам «Джемини».

Ученые считают, что у горячих планет-гигантов, таких как WASP-189b, внешняя атмосфера сформировалась под влиянием протопланетных дисков, в которых они образовались. Эти диски состоят из газа и пыли, и исследователи долгое время полагали, что их химический состав аналогичен составу родительской звезды, поскольку и те, и другие образовались из одного и того же облака вещества.

До сих пор о связи между звездами и их планетами можно было судить только по исследованиям в рамках нашей Солнечной системы. На экзопланетах ее не наблюдали напрямую.

Первое свидетельство, связывающее химический состав звезд и планет

«WASP-189b дает нам столь необходимый эмпирический ориентир для понимания процесса формирования планет земной группы, поскольку позволяет измерить величину, подтверждающую предполагаемое сходство состава звезд и доли каменистого материала вокруг родительских звезд, из которого формируются планеты», — говорит Санчес.

Эта взаимосвязь важна не только для понимания процесса формирования планет, но и для астробиологии, которая изучает условия, необходимые для существования жизни. Анализируя химический состав звезды, ученые могут оценить содержание элементов, из которых состоят горные породы, на ее планетах. Эти элементы влияют на ключевые характеристики планет, такие как магнитные поля, тектоника плит и выделение в атмосферу, океаны и почву химических веществ, необходимых для жизни.

Эта взаимосвязь важна не только для понимания процесса формирования планет, но и для астробиологии, которая изучает условия, необходимые для существования жизни. Анализируя химический состав звезды, ученые могут оценить содержание элементов, из которых состоят горные породы, на ее планетах. Эти элементы влияют на ключевые характеристики планет, такие как магнитные поля, тектоника плит и выделение в атмосферу, океаны и почву химических веществ, необходимых для жизни.

Значение для определения обитаемости и будущих исследований

«Наше исследование демонстрирует возможности наземных спектрографов высокого разрешения по определению содержания таких важных элементов, как магний и кремний, которые являются двумя основными элементами, из которых формируются каменистые планеты, — говорит соавтор исследования Майкл Лайн, доцент Университета штата Аризона. — Эта новая возможность открывает совершенно новое направление в изучении атмосфер экзопланет».

Будущие наблюдения на разных длинах волн и с высоким разрешением расширят наши представления об атмосферах экзопланет, таких как WASP-189b. Эти исследования помогут выявить весь спектр химических веществ, присутствующих в далеких мирах, и получить более полное представление о том, как формируются, эволюционируют планеты и могут ли на них существовать формы жизни.