Izotop węgla wykryty po raz pierwszy w atmosferze młodego super-Jowisza

Obserwując egzoplanetę obiegającą młodą gwiazdę położoną w odległości nieco ponad 300 lat świetlnych, naukowcy zebrali istotne informacje na temat atmosfer planet poza Układem Słonecznym oraz procesu powstawania planet. Wspomniana egzoplaneta to TYC 8998-760-1 b. Jest ona jedną z dwóch planet krążących wokół stosunkowo młodej, bo liczącej sobie 16,7 mln lat gwiazdy o nazwie TYC 8998-760-1. Gwiazda ta przypomina Słońce i znajduje się w gwiazdozbiorze Muchy.

Astrofizycy wspierani przez finansowane ze środków UE projekty EXOPLANETBIO, FALCONER i Origins wykryli wysoką zawartość węgla-13 w atmosferze gazowego olbrzyma TYC 8998-760-1 b, którego masa odpowiada 14 masom Jowisza. Odkrycie to sugeruje, że ten super-Jowisz powstał w dużej odległości od gwiazdy macierzystej, daleko za linią śniegu dla tlenku węgla – punktem, w którym temperatura staje się na tyle niska, że tlenek węgla może tworzyć śnieg i lód.Do obserwacji TYC 8998-760-1 b badacze użyli spektrografu SINFONI (ang. Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared) zainstalowanego w Bardzo Dużym Teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego. Dzięki zastosowaniu tego instrumentu naukowcy mogli zbadać widma absorpcyjne, które zawierają ciemne linie wskazujące, że niektóre długości fali światła są absorbowane przez poszczególne pierwiastki. Odkryto, że długości fali promieniowania absorbowanego przez tego gazowego olbrzyma odpowiadają węglowi-13.

„To doprawdy nadzwyczajne, że jesteśmy w stanie mierzyć parametry atmosfery egzoplanety znajdującej się w tak dużej odległości od nas”, mówi Yapeng Zhang, doktorantka na niderlandzkim Uniwersytecie w Lejdzie, który jest gospodarzem projektów EXOPLANETBIO i FALCONER, w artykule opublikowanym w serwisie „Sci-News”. „Oczekiwaliśmy, że mniej więcej jeden na 70 wykrytych atomów węgla będzie węglem-13, ale wygląda na to, że w przypadku tej planety izotop ten jest dwa razy częstszy. Uważamy, że wyższa powszechność występowania węgla-13 jest w jakiś sposób związana z powstaniem tej egzoplanety”, stwierdza Zhang, która jest także główną autorką badania opublikowanego w czasopiśmie „Nature”.

Każdy pierwiastek chemiczny ma co najmniej jeden izotop. Izotopy to postacie atomu tego samego pierwiastka, które mają taką samą liczbę protonów, ale różną liczbę neutronów. Na przykład węgiel-12 ma sześć protonów i sześć neutronów, a węgiel-13 – sześć protonów i siedem neutronów. „Choć różnice takie nie mają dużego wpływu na chemiczne właściwości węgla, sposoby powstawania izotopów są odmienne, a atomy takie reagują nieco inaczej na warunki otoczenia”, powiedziała Zhang w artykule w serwisie „Sci-News”.

Wysoka zawartość węgla-13 wykryta w atmosferze TYC 8998-760-1 b może dać nam pewne wskazówki na temat warunków, w jakich powstała ta egzoplaneta. „Odległość tej planety od jej gwiazdy macierzystej jest ponad sto pięćdziesiąt razy większa niż dystans między Ziemią a Słońcem”, mówi dr Paul Mollière z niemieckiego Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka, współautor badania. „Lód, który powstał w takich okolicznościach, zawierał prawdopodobnie więcej węgla-13, co przyczyniło się do większej zawartości tego izotopu w obecnej atmosferze planety”.

Wykrywanie izotopów takich jak ten znaleziony przez naukowców wspieranych przez projekty EXOPLANETBIO (Exoplanet atmospheres as indicators of life: From hot gas giants to Earth-like planets), FALCONER (Forging Advanced Liquid-Crystal Coronagraphs Optimized for Novel Exoplanet Research) oraz Origins (From Planet-Forming Disks to Giant Planets) może w przyszłości stać się nową metodą badania procesu powstawania egzoplanet. Jak mówi prof. Ignas Snellen z Uniwersytetu w Lejdzie, kolejny współautor badania, „to dopiero początek”.

Więcej informacji:

projekt EXOPLANETBIO

projekt FALCONER

projekt Origins