Редкоземельный металл обнаружен в одном из самых экстремальных миров Галактики

Одна из самых диких экзопланет, когда-либо обнаруженных в Млечном Пути, только что стала еще более интересной.

В атмосфере KELT-9b астрономы обнаружили редкоземельный металл тербий, циркулирующий в облаках испарившегося газа. металла, этот чрезвычайно редкий элемент был впервые обнаружен в далеком мире.

Команда также провела новые обнаружения ванадия, бария, стронция, никеля и других элементов, подтвердив предыдущие обнаружения и предположив, что что происходит с KELT-9b, действительно очень странно.

«Мы разработали новый метод, который позволяет получить более подробную информацию. С его помощью мы открыли семь элементов, в том числе редкое вещество тербий , который никогда прежде не был обнаружен в атмосфере какой-либо экзопланеты», — говорит астрофизик Николас Борсато из Лундского университета в Швеции.

«Обнаружение тербия в атмосфере экзопланеты очень удивительно».

KELT -9b находится примерно в 670 световых годах от нас и действительно является одной из самых экстремальных экзопланет. Он известен как горячий Юпитер, газовый гигант, находящийся на такой близкой орбите со своей звездой-хозяином, что нагревается до палящих температур.

Кроме того, KELT-9b вращается вокруг синей звезды-сверхгиганта — это один из самых горячих — на чрезвычайно узкой орбите всего 1,48 дня.

Эта близость в значительной степени испаряет экзопланету: на дневной стороне KELT-9b нагревается до температур, превышающих 4600 Кельвинов ( 4327 градусов по Цельсию или 7820 градусов по Фаренгейту). Это самая высокая температура, которую мы когда-либо видели на экзопланете. Она горячее, чем по крайней мере 80 процентов всех известных звезд.

К счастью для нас, KELT-9b вращается таким образом, что проходит между нами и звездой. Это означает, что ученые смогли заглянуть в его атмосферу.

Когда свет звезды проходит через атмосферу KELT-9b, некоторые длины волн света поглощаются и переизлучаются атомами газа. Сигнал крошечный, но суммируя орбиты, астрономы могут усилить сигнал, чтобы увидеть более яркие и более темные части в спектре света звезды, когда планета проходит транзитом, по сравнению с наблюдениями за звездой в одиночку.

Требуется небольшой анализ, но ученые могут посмотреть на сигнатуры этих темных и светлых частей и определить, какие элементы вызывают изменения в свете.

С этими данными KELT-9b стал первым экзопланеты, в атмосфере которой в 2018 году были обнаружены испаренные железо и титан. Затем, год спустя, ученые объявили, что они также нашли натрий, магний, хром и редкоземельные металлы скандий и иттрий.

Теперь Борсато и его коллеги усовершенствовали методы анализа, чтобы сделать еще более подробную разбивку элементов, обнаруженных в спектре KELT-9b и его родительской звезды. Их результаты подтвердили предыдущие обнаружения водорода, натрия, магния, кальция, хрома и железа, а также обнаружили несколько металлов, которые не были обнаружены в атмосфере экзопланеты.

Тербий с атомным номером 65 был настоящее удивление. Здесь, на Земле, тяжелый элемент встречается крайне редко, обычно в следовых количествах в сочетании с другими элементами. На сегодняшний день мы не идентифицировали ни одного природного минерала с преобладанием тербия; его предполагаемое содержание в земной коре составляет около 0,00012 процента.

Обнаружение его в другом мире интересно, потому что тяжелые элементы, такие как тербий, могут быть выкованы только в самых жестоких обстоятельствах, таких как взрыв сверхновой или столкновение двух две нейтронные звезды.

Это верно для всех элементов тяжелее железа, но обнаружение тербия в атмосфере экзопланеты совсем не ожидалось, и оно могло бы кое-что рассказать нам об истории KELT-9b и его звезда.

Мы знаем, что оба объекта относительно молоды: им всего около 300 миллионов лет. (Для контекста Солнцу около 4,6 миллиарда лет.) Чтобы содержать тяжелые элементы, подобные обнаруженным в атмосфере KELT-9b, они должны были образоваться из материалов, включающих выбросы одного из этих жестоких событий.

Поскольку такие события происходят в конце жизни звезды, количество тяжелых элементов во Вселенной со временем увеличивается.

Чем старше звезда или экзопланета, тем меньше в ней материала тяжелых элементов. И наоборот, более молодые звезды и экзопланеты будут содержать больше тяжелых элементов и, вероятно, большее разнообразие.

«Больше знаний о более тяжелых элементах помогает нам, среди прочего, определить возраст экзопланет и то, как они образовались. », — говорит Борсато.

Работа команды также совершенствует методы, используемые для анализа атмосфер экзопланет. Наука все еще довольно новая, но она развивается как на дрожжах; новое поколение телескопов расширит его в геометрической прогрессии.

Это не только для изучения экстремальных выбросов, таких как KELT-9b. Ученые считают, что наше первое обнаружение жизни за пределами Солнечной системы произойдет благодаря обнаружению биологического материала в атмосфере инопланетного мира.

«Обнаружение тяжелых элементов в атмосферах сверхгорячих экзопланет — еще один шаг к изучению того, как работают атмосферы планет», — говорит Борсато. «Чем лучше мы узнаем эти планеты, тем больше у нас шансов найти Землю 2.0 в будущем».

Исследование было принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics, и доступен на arXiv.