Редкоземельный металл тербий обнаружен в одном из самых экстремальных миров Галактики — экзопланете KELT-9b
Одна из самых загадочных экзопланет, когда-либо найденных в Млечном Пути, стала еще интереснее. В атмосфере KELT-9b астрономы обнаружили редкоземельный металл тербий. Этот чрезвычайно редкий элемент был впервые обнаружен в далеком мире.
Ученые также сделали новые обнаружения ванадия, бария, стронция, никеля и других элементов, подтвердив предыдущие обнаружения и предположив, что все, что происходит с планетой 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, которое никогда ранее не было обнаружено ни в одной атмосфере экзопланеты», — говорит астрофизик Николас Борсато. «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, застрявший на такой близкой орбите со своей звездой-хозяином, что раскален до палящих температур.
Вдобавок ко всему, KELT-9b вращается вокруг голубой звезды-сверхгиганта — одной из самых горячих — на чрезвычайно узкой орбите, с периодом всего 1,48 дня.
Эта близость в значительной степени испаряет экзопланету: на дневной стороне KELT-9b нагревается до температур, превышающих 4600 градусов по Кельвину (4327 градусов по Цельсию). Это самая высокая температура, которую когда-либо видели на экзопланете. Она горячее, чем по крайней мере 80 процентов всех известных звезд.
Это видео иллюстрирует один год, который переживает KELT-9 b. В течение года планета дважды переживает циклы нагрева и охлаждения, вызванные необычным характером температур поверхности звезды. Между горячими полюсами звезды и холодным экватором температура колеблется примерно на 800 градусов по Цельсию. Это приводит к «лету», когда планета обращена к полюсу, и «зиме», когда она обращена к более холодной средней части. Таким образом, каждые 36 часов KELT-9 b переживает два лета и две зимы.
К счастью для нас, KELT-9b вращается так, 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 самой по себе.
Требуется небольшой анализ, но ученые могут посмотреть на сигнатуры этих темных и светлых частей и определить, какие элементы вызывают изменения в свете.
Благодаря этим данным KELT-9b стала первой экзопланетой, в атмосфере которой в 2018 году были обнаружены испаряющиеся железо и титан. Затем, год спустя, ученые объявили, что они также нашли натрий, магний, хром и редкоземельные металлы скандий и иттрий.
Теперь ученые усовершенствовали методы анализа, чтобы сделать еще более подробные разбивки элементов, обнаруженных в спектре KELT-9b и его родительской звезды. Их результаты подтвердили предыдущие обнаружения водорода, натрия, магния, кальция, хрома и железа и обнаружили несколько металлов, которые не были обнаружены в атмосфере экзопланеты.
Настоящим сюрпризом стал тербий с атомным номером 65. Здесь, на Земле, тяжелый элемент встречается крайне редко, обычно в следовых количествах в сочетании с другими элементами. На сегодняшний день ученые не идентифицировали ни одного природного минерала с преобладанием тербия; его предполагаемое содержание в земной коре составляет около 0,00012 процента.
Найти его в другом мире интересно, потому что тяжелые элементы, такие как тербий, могут быть выкованы только в самых крайних обстоятельствах, таких как взрыв сверхновой или столкновение двух нейтронных звезд.
Это верно для всех элементов тяжелее железа, но обнаружение тербия в атмосфере экзопланеты совсем не ожидалось, и оно могло бы кое-что рассказать об истории планеты KELT-9b и ее звезды.
Астрономы знают, что они обе относительно молоды: всего около 300 миллионов лет. Чтобы содержать тяжелые элементы, подобные тем, что были обнаружены в атмосфере KELT-9b, они должны были образоваться из материалов, включающих выбросы одного из этих бурных 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 иметь больше тяжелых элементов и, вероятно, большее разнообразие.
Работа команды ученых также совершенствует методы, используемые для анализа атмосфер экзопланет. Эта наука все еще довольно новая, но она быстро развивается; новое поколение телескопов расширит ее в геометрической прогрессии.
Это важно не только для изучения экстремальных миров, таких как KELT-9b. Ученые считают, что первое обнаружение жизни за пределами Солнечной системы произойдет благодаря обнаружению биологического материала в атмосфере чужого мира.
«Обнаружение тяжелых элементов в атмосферах сверхгорячих экзопланет — еще один шаг к изучению того, как работают атмосферы планет», — говорят исследователи. «Чем лучше мы узнаем эти планеты, тем больше у нас шансов найти Землю 2.0 в будущем».