Wyjątkowa egzoplaneta
Bohaterką odkrycia jest egzoplaneta o nazwie TYC 8998-760-1 b. W jej atmosferze wykryto izotop węgla – węgiel-13 (13C). Jego obecność sugeruje, że egzoplaneta powstała daleko od swojej gwiazdy macierzystej, za tak zwaną linią śniegu.
„To naprawdę wyjątkowe, że coś takiego możemy zmierzyć w atmosferze egzoplanety, znajdującej się tak daleko.”, powiedział astronom Yapeng Zhang z holenderskiego Uniwersytety w Lejdzie. Zdaniem badaczy omawiane osiągnięcie może ułatwić astronomom odkrywanie tajemnic procesu powstawania planet.
TYC 8998-760-1 b była wyjątkowa już gdy odkryto ją w 2019 roku. Należy ona bowiem do wyjątkowej grupy egzoplanet – tych, które astronomom udało się bezpośrednio zaobserwować.
Gwiazdy są bardzo, bardzo jasne, a planety, w porównaniu z nimi – nie za bardzo. Zatem, zazwyczaj planety identyfikujemy, wykrywając i analizując wpływ, jaki wywierają na swoje gwiazdy – albo w kwestii jasności gwiazdy i jej okresowych spadków, albo grawitacyjny. Techniki te sprawdzają się najlepiej w przypadku planet położonych blisko swoich gwiazd. Tymczasem, TYC 8998-760-1 b krąży wokół swojej gwiazdy w dość dużej odległości – około 160 jednostek astronomicznych. Dla porównania, Pluton okrąża Słońce w odległości 40 jednostek astronomicznych.
Co istotne, TYC 8998-760-1 b jest planetą ogromną – 14 razy większą niż Jowisz. To oznacza, że odbija ona dużo światła gwiazd, a więc jest stosunkowo jasna. Właśnie dlatego astronomowie mogli zaobserwować ją bezpośrednio.
Pierwiastki i ich różne formy
Zhang wykorzystał wraz ze swoim zespołem wysoką jasność planety, by sprawdzić, co odbijane przez nią światło może powiedzieć mu na temat jej charakterystyki. W tym celu wykorzystał on instrument SINFONI (Spectrograph for Integral Field Observations in the Near Infrared) Bardzo Dużego Teleskopu w Chile.
Z pomocą instrumentu SIFONI badacze przyjrzeli się widmu światła TYC 8998-760-1 b, by dojrzeć w nim linie absorpcyjne. Linie te pojawiają się w widmie, gdy światło o określonej długości fal jest pochłaniane przez pewne pierwiastki. Naukowcy odkryli, że linie absorpcyjne widoczne w widmie egzoplanety świadczą o obecności w jej atmosferze węgla-13. Izotop ten tworzy tam zapewne przede wszystkim cząsteczki tlenku węgla.
Izotopy to dość interesujące twory. Są one różnymi formami tego samego pierwiastka. Wszystkie izotopy danego pierwiastka mają taką samą liczbę elektronów i protonów, ale odmienną liczbę neutronów. Węgiel-12, najpowszechniejszy stabilny izotop węgla, posiada w swoim jądrze po 6 protonów i neutronów. Węgiel-13, który również jest stabilną formą węgla, posiada z kolei w jądrze 6 protonów, ale już 7 neutronów. Co ciekawe, ich ścieżki powstawania są różne. Te dwa izotopy dodatkowo różnie zachowują się w zależności od warunków środowiskowych.
Dokonanie nie bez znaczenia
W przypadku TYC 8998-760-1 b naukowcy spodziewali się wykrycia pewnych ilości węgla. Ilość wykrytego węgla-13 była jednak dwukrotnie większa, niż oczekiwano. Astronomowie są przekonani, że ma to związek z warunkami, w jakich egzoplaneta powstała.
„Planeta ta znajduje się 150 razy dalej od swojej gwiazdy macierzystej, niż Ziemia od Słońca.”, wyjaśnił astrofizyk Paul Mollière z Instytutu Astronomicznego im. Maxa Plancka w Niemczech. „W przypadku tak dużej odległości różne formy lodu utworzyły się z większą zawartością węgla-13, powodując większe stężenie tego izotopu w dzisiejszej atmosferze planety.”
TYC 8998-760-1 b musiała narodzić się poza linią śniegu tlenku węgla. Jest to odległość od gwiazdy, za którą tlenek węgla kondensuje i zamarza, tworząc lód (różne substancje mają różne linie śniegu). Tam gdzie omawiana egzoplaneta się znajduje, większość tlenku węgla, która zamarzła, musiała posiadać węgiel-13.
W Układzie Słonecznym wszystkie planety jakie znamy powstały przed linią śniegu tlenku węgla. Niektóre planety narodziły się jednak poza linią śniegu wyznaczaną przez kondensację wody. Właśnie dlatego Uran i Neptun są bogatsze w deuter – izotop wodoru zawierający w jądrze 1 proton i 1 neutron (normalny wodór nie zawiera w jądrze neutronu).
Póki co w atmosferach większości egzoplanet po prostu nie jesteśmy w stanie wykryć izotopów. Być może w przyszłości powstaną teleskopy które to zmienią, a tymczasem musimy wypatrywać kolejnych planet podobnych do TYC 8998-760-1 b.
Źródło: Instytut Astronomiczny im. Maxa Plancka, fot. tyt. NASA