За първи път астрономи потвърдиха, че химическият състав на екзопланета може да повтаря този на нейната звезда-домакин.

Става дума за газовия гигант WASP-189b, разположен на близо 320 светлинни години от Земята в съзвездието Везни.

Изследователите са измерили едновременно наличието на газообразни магнезий и силиций в атмосферата му и са установили, че съотношението на тези елементи при планетата съвпада с това при звездата. Изследването е публикувано в списание Nature Communications.

Това наблюдение е важно, защото проверява една от основните идеи в съвременната планетология.

Учените отдавна приемат, че звездата и заобикалящият я протопланетарен диск се раждат от един и същ облак от газ и прах.

От това следва простата логика: ако и звездата, и бъдещите планети са възникнали от обща материя, то съотношението на ключовите скалообразуващи елементи при тях трябва да е сходно.

Тази връзка отдавна се използва в изчисленията, особено когато става въпрос за скалисти екзопланети. Но извън Слънчевата система тя оставаше по-скоро работно предположение, отколкото потвърден факт.

Ултрагорещ Юпитер като ключ към загадката

За обект на проверката е избрана WASP-189b. Това е ултрагорещ юпитер – газов гигант, който обикаля много близо до своята звезда и е силно нагрят от нейното излъчване.

Такива планети са особено удобни за спектроскопски наблюдения.

При екстремно високите температури в техните атмосфери дори елементи, които на по-студени светове са част от твърди минерали, преминават в газообразно състояние.

В случая с WASP-189b става въпрос по-специално за магнезий, силиций и желязо.

Благодарение на това астрономите могат да търсят следи от тези вещества не в скалите, които са недостъпни за директно наблюдение, а в атмосферата на планетата.

Наблюденията са извършени от международен екип под ръководството на докторанта Хорхе Антонио Санчес.

За целта е използван спектрографът с висока резолюция IGRINS, монтиран на телескопа „Джемини-юг“ в Чили.

Този прибор е позволил едновременното измерване на съдържанието на магнезий и силиций в атмосферата на планетата.

Именно едновременното измерване е било от принципно значение, тъй като учените е трябвало не просто да регистрират наличието на отделни елементи, а надеждно да определят тяхното съотношение и да го сравнят с параметрите на звездата.

Спектроскопията, на която се основава този резултат, работи по следния начин: светлината, преминала през атмосферата на планетата, се разлага по дължина на вълната, след което в получения спектър се търсят характерните „подписи“ на конкретни химични елементи.

Всяко вещество има свой уникален набор от спектрални линии. Колкото по-висока е разделителната способност на прибора, толкова по-точно може да се отдели един сигнал от друг и толкова по-надеждно да се оцени съдържанието на търсените вещества.

Значение отвъд една планета

Основният резултат от работата е, че WASP-189b показва същото съотношение на магнезий и силиций като своята звезда.

Това е първото пряко потвърждение, че химическата връзка между звезда и нейните планети, която учените отдавна залагат в моделите си, наистина съществува и извън Слънчевата система.

Досега изследователите се опираха основно на данни за тела в нашата система и на теоретични представи за формирането на планети.

Значението на този резултат далеч надхвърля рамките на един горещ газов гигант. Когато астрономите изучават далечни скалисти планети, те често не могат директно да измерят състава на техните недра или повърхност.

Затова им се налага да използват свойствата на звездата като ориентир.

Ако съотношението на ключовите скалообразуващи елементи при звездата и планетите е наистина свързано, това дава по-надеждна основа за изводи относно строежа на екзопланетите.

Изследването е важно и за развитието на астробиологията

Потенциалната обитаемост на една планета зависи не само от температурата или наличието на вода, но и от нейния вътрешен състав.

Скалообразуващите елементи влияят на геохимичните процеси, структурата на мантията и кората, характера на вулканизма, възможността за тектоника на плочите и свойствата на магнитното поле.

На Земята тези процеси играят ключова роля в поддържането на среда, в която животът е възможен.

Познаването на състава на звездата ще позволи на учените предварително да подбират системи, подходящи за търсене на живот.

Авторите подчертават, че WASP-189b в случая е удобна именно като пример.

Това не означава, че горещите юпитери приличат на Земята или са подходящи за живот.

Но техните атмосфери позволяват да се видят химични елементи, които на по-студени планети са скрити в твърди скали.

Следващата стъпка е да се наблюдават по-сложни екзопланети и да се измерва не само магнезий и силиций, но и по-широк набор от елементи.