Używając Bardzo Dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO’s VLT), astronomowie odkryli najcięższy pierwiastek, jaki kiedykolwiek znaleziono w atmosferze egzoplanety – bar. Odkrycie baru na dużych wysokościach w atmosferach ultra gorących gazowych gigantów WASP-76 b i WASP-121 b – dwóch egzoplanet, planet krążących wokół gwiazd poza naszym Układem Słonecznym – było dla nich zaskoczeniem. To nieoczekiwane odkrycie rodzi pytania o to, jak mogą wyglądać te egzotyczne atmosfery.

„Zagadkową i kontrintuicyjną częścią jest: dlaczego w górnych warstwach atmosfery tych planet znajduje się tak ciężki pierwiastek?” mówi Tomás Azevedo Silva, doktorant na Uniwersytecie w Porto i Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) w Portugalii, który kierował badaniem opublikowanym dziś w Astronomy & Astrophysics.

WASP-76 b i WASP-121 b nie są zwykłymi egzoplanetami. Obie są znane jako ultra gorące Jowisze, ponieważ są porównywalne wielkością do Jowisza, a jednocześnie mają niezwykle wysokie temperatury powierzchniowe, przekraczające 1000°C. Wynika to z ich bliskiej odległości od gwiazd, co oznacza, że orbita wokół każdej z nich trwa tylko jeden do dwóch dni. To sprawia, że planety te mają dość egzotyczne cechy; na przykład w przypadku WASP-76 b, astronomowie podejrzewają, że pada na nią żelazo.

Ale nawet pomimo tego, naukowcy byli zaskoczeni, znajdując bar, który jest 2,5 razy cięższy od żelaza, w górnych warstwach atmosfery WASP-76 b i WASP-121 b. „Biorąc pod uwagę wysoką grawitację planet, spodziewalibyśmy się, że ciężkie pierwiastki, takie jak bar, szybko opadną do niższych warstw atmosfery”, wyjaśnia współautor Olivier Demangeon, badacz również z Uniwersytetu w Porto i IA.

„To było w pewnym sensie 'przypadkowe’ odkrycie” – mówi Azevedo Silva. „Nie spodziewaliśmy się ani nie szukaliśmy baru w szczególności i musieliśmy sprawdzić krzyżowo, czy rzeczywiście pochodzi on z planety, ponieważ nigdy wcześniej nie widziano go w żadnej egzoplanecie”.

Fakt, że bar został wykryty w atmosferach obu tych ultra gorących Jowiszów sugeruje, że ta kategoria planet może być jeszcze dziwniejsza niż wcześniej sądzono. Chociaż od czasu do czasu widzimy bar na naszym własnym niebie, jako genialny zielony kolor w fajerwerkach, to pytanie dla naukowców brzmi, jaki naturalny proces mógł spowodować, że ten ciężki pierwiastek znalazł się na tak dużych wysokościach na tych egzoplanetach. „W tej chwili nie jesteśmy pewni, jakie są mechanizmy” – wyjaśnia Demangeon.

W badaniu atmosfer egzoplanet ultra gorące Jowisze są niezwykle przydatne. Jak wyjaśnia Demangeon, „Będąc gazowymi i gorącymi, ich atmosfery są bardzo rozbudowane, a przez to łatwiejsze do obserwacji i badania niż atmosfery mniejszych lub chłodniejszych planet.”

Określenie składu atmosfery egzoplanety wymaga bardzo specjalistycznego sprzętu. Zespół wykorzystał instrument ESPRESSO na ESO’s VLT w Chile do analizy światła gwiazdowego, które zostało przefiltrowane przez atmosfery WASP-76 b i WASP-121 b. Pozwoliło to na wyraźne wykrycie w nich kilku pierwiastków, w tym baru.

Te nowe wyniki pokazują, że zaledwie zarysowaliśmy powierzchnię tajemnic egzoplanet. Dzięki przyszłym instrumentom, takim jak wysokorozdzielczy spektrograf ArmazoNes High Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), który będzie działał na nadchodzącym Ekstremalnie Dużym Teleskopie (ELT) ESO, astronomowie będą mogli badać atmosfery egzoplanet dużych i małych, w tym skalistych planet podobnych do Ziemi, znacznie dokładniej i zebrać więcej wskazówek dotyczących natury tych dziwnych światów.