Dosiaľ najťažší objavený prvok v atmosfére exoplanéty

Astronómovia využívajúci ďalekohľad VLT (Very Large Telescope) na observatóriu ESO na Cerro Paranal v Čile objavili v atmosfére extrasolárnej planéty báryum – dosiaľ najťažší chemický prvok, aký bol týmto spôsobom objavený. Detekcia bárya vo vysokých vrstvách atmosféry hneď u dvojice mimoriadne horúcich plynných obrov WASP 76 b a WASP-121 b – planét obiehajúcich okolo dvoch rôznych hviezd – bola pre vedcov prekvapením. Nečakaný objav prináša množstvo otázok týkajúcich sa vlastností takýchto exotických atmosfér. „Záhada je, prečo sa taký ťažký chemický prvok nachádza v horných vrstvách atmosfér týchto planét?“ pýta sa doktorand Tomás Azevedo Silva (University of Porto, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Portugalsko), hlavný autor štúdie publikovanej vo vedeckom časopise Astronomy & Astrophysics. WASP-76 b a WASP-121 b nie sú – v meradle slnečnej sústavy – obyčajné planéty. Ide o objekty, ktoré by sme mohli popísať ako „extrémne horúci Jupiter“ (ultra-hot Jupiter) – svojou veľkosťou sú porovnateľné s Jupiterom, ale majú mimoriadne vysokú povrchovú teplotu presahujúcu 1000°C. Príčinou je malá vzdialenosť od materskej hviezdy, čo tiež znamená, že perióda obehu je v obidvoch prípadoch len niekoľko dní. Vďaka tomu majú tieto exoplanéty neobvyklé vlastnosti – u WASP-76 b vedci napríklad predpokladajú, že v jej atmosfére prší železo.  

Napriek tomu boli prekvapení, že v horných vrstvách oboch planét WASP-76 b i WASP-121 b objavili báryum. „Vzhľadom na silnú gravitáciu oboch planét by sme očakávali, že ťažké prvky, ako je báryum, rýchlo klesnú do nižších vrstiev atmosféry,“ vysvetľuje spoluautor práce Olivier Demangeon (University of Porto, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Portugalsko). „Bol to v mnohých ohľadoch náhodný objav,“ popisuje Azevedo Silva. „Neočakávali sme báryum a ani sme ho cielene nehľadali. Museli sme preto podrobne skontrolovať, či signál skutočne prichádza z planét, pretože báryum dosiaľ nebolo u žiadnej exoplanéty pozorované.“ Fakt, že báryum bolo detegované v atmosférach oboch týchto mimoriadne horúcich telies naznačuje, že táto kategória exoplanét by mohla byť ešte zaujímavejšia, než sa doteraz myslelo. Aj keď občas môžeme známky bárya pozorovať aj na oblohe planéty Zeme – v podobe jasne zelenej farby ohňostrojov – je pre vedcov otázkou, aký prírodný proces by mohol spôsobiť, že sa v prípade týchto extrasolárnych planét ťažký chemický prvok dostal do takej veľkej výšky. „V tomto okamihu si nie sme istí, aký mechanizmus to spôsobuje,“ priznáva Olivier Demangeon.  

Pri štúdiu exoplanetárnych atmosfér sú tieto extrémne horúce planéty mimoriadne užitočné. „Pretože ide o horúce plynné telesá, sú ich atmosféry veľmi rozsiahle. Preto sa ľahšie pozorujú a skúmajú v porovnaní s atmosférami malých chladných planét,“ vysvetľuje ďalej Olivier Demangeon.  Určenie chemického zloženia exoplanetárnej atmosféry vyžaduje špecializované vybavenie. Na analýzu svetla, ktoré bolo prefiltrované atmosférami planét WASP-76 b a WASP-121 b, vedci použili prístroj ESPRESSO pracujúci v spojení s ďalekohľadom VLT. Vďaka tomu bolo možné v atmosférach spoľahlivo detegovať niekoľko rôznych chemických prvkov, vrátane bárya. Tieto nové výsledky ukazujú, že doteraz sme zbadali len odlesk toho, aké tajomstvá exoplanéty v skutočnosti skrývajú. S pomocou budúcich prístrojov, k akým bude patriť napríklad ešeletový spektrograf s vysokou disperziou ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph) a ktorý sa stane jedným z prístrojov pre budovaný veľký 39,4-metrový ďalekohľad ELT (Extremely Large Telescope), budú astronómovia schopní skúmať atmosféry malých aj veľkých exoplanét, vrátane kamenných telies podobných Zemi, a to všetko v oveľa väčších detailoch, aby mohli získať poznatky o skutočnej povahe týchto podivných a vzdialených svetov.

Publikované v časopise QUARK 1/2023, RNDr. Zdeněk Komárek

Zdroj obrázkov: ESO (European Southern Observatory), www.eso.org

obrázok nad článkom: Ilustrácia exoplanéty typu „extrémne horúci Jupiter“ pri prechode popred disk materskej hviezdy – to je aj prípad oboch exoplanét z článku