Take a Look at These Stunning New Exoplanet Infographics - "The Exoplanet Zoo" and "Icy and Rocky Worlds".
pic.7100x4686 #1
экзопланеты
Подписчиков:
2Постов:
20
«Джеймс Уэбб» увидел кристаллы кремнезема в облаках экзопланеты
В высоких облаках «раздутого» горячего юпитера ученые впервые засекли нанокристаллы кремнезема — одного из самых распространенных минералов на Земле.
Иллюстрация атмосферы горячего газового гиганта WASP-17b
Аэрозоли — будь то облака из жидких частиц или дымка из твердых частиц — один из фундаментальных компонентов атмосфер экзопланет. Эти частицы заглушают, отражают и рассеивают свет звезды и тем вносят большой вклад в весь энергетический баланс космического тела, а также химию и динамику его атмосферы.
Астрономы видят наличие облаков или дымки по изменениям света звезды, когда экзопланета пролетает на ее фоне. Но определить точный состав этих аэрозолей — более сложная задача. Вместе с тем она весьма интересна, потому что аэрозоли много говорят о самой планете: в аэрозолях земной атмосферы, к примеру, есть алюминий и литий, остающиеся от последствий пусков космической техники. Поэтому пока что каждое открытие нового соединения в атмосфере экзопланеты привлекает внимание.
Теперь впервые в атмосфере экзопланеты астрономы увидели нанокристаллы кремнезема. Все благодаря работе инструмента MIRI космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Результаты исследования опубликованы в Astrophysical Journal Letters.
Объектом наблюдений стала экзопланета WASP-17b, горячий юпитер в 1300 световых годах от Земли. По массе WASP-17b в два раза меньше Юпитера, зато по объему примерно в семь раз больше. Это одна из крупнейших и «пухлых» экзопланет из числа известных нам. Ее орбитальный период — всего 3,7 земного дня, что значительно упрощяет исследования.
В этот раз наблюдения вели на протяжении 10 часов, пока объект пролетал на фоне своей звезды. Инструмент MIRI для наблюдений в средней части инфракрасного диапазона сделал более 1275 измерений яркости излучения в диапазоне волн от пяти до 12 микронов.
Когда ученые «вычли» из этих данных чистое излучение звезды, они увидели на графике «холмик» в районе 8,6 микрона, который лучше всего объясняется наличием кристаллов кремнезема. По размеру эти кристаллы очень маленькие — всего 10 нанометров. Диаметр человеческого волоса в 10 тысяч раз больше.
Состав частиц в «облаках» WASP-17b. Фиолетовый график — спектр, смоделированный по данным «Уэбба», «Хаббла» и «Спитцера». Желтый пунктирный график — состав «облаков», если бы в них не было кремнезема
«Данные "Хаббла" сыграли ключевую роль в определении размеров этих частиц. Для уверенности в наличии там кремнезема нам достаточно данных MIRI, инструмента "Уэбба". Но чтобы понять, насколько большие эти кристаллы, нам понадобились наблюдения "Хаббла" в видимом и близком инфракрасном диапазонах», — рассказала соавтор работы Николь Льюис, профессор астрономии и руководитель исследования по созданию трехмерной модели атмосферы горячего юпитера, которое проводится в рамках программы Webb Guaranteed Time Observations (GTO).
Силикаты — минералы, богатые кремнием и кислородом — составляют значительную массу Земли, Луны и других каменистых объектов Солнечной системы. Они уже встречались астрономам в атмосферах экзопланет и в составе коричневых карликов, но в форме богатых магнием минералов вроде оливина и пироксена, а не чистого кремнезема.
Причем если в облака Земли частицы минералов попадают с поверхности планеты благодаря ветру, то на горячем юпитере WASP-17b нанокристаллы кремнезема формируются в верхних слоях самой атмосферы, в условиях высокой температуры, примерно 1500 градусов Цельсия, и очень низкого давления — одной тысячной земного.
«В этих условиях твердые кристаллы могут формироваться напрямую из газа, минуя фазу жидкого состояния», — объяснил главный автор исследования Дэвид Грант из Бристольского университета (Великобритания).
По словам ученого, из данных «Хаббла» они знали, что в атмосфере WASP-17b должны быть аэрозоли, но не ожидали, что в составе будет кремнезем.
«Мы ожидали увидеть силикаты магния, а засекли, вероятно, их "кирпичики" — маленькие частицы, необходимые для формирования более сложных силикатов, которые мы видим на более прохладных экзопланетах и коричневых карликах», — объяснила соавтор Ханна Уэйкфорд из Бристольского университета.
Горячие юпитеры вроде WASP-17b состоят в основном из водорода и гелия с небольшими примесями водяного пара и углекислого газа. И если учитывать лишь эти примеси, общая оценка количества кислорода в планете окажется сильно заниженной. Впрочем, и сейчас оценить объем кремнезема в облаках WASP-17b не удастся, потому что в рамках этого исследования инструмент MIRI наблюдал лишь окрестности терминатора — линии между дневной и ночной стороной экзопланеты.
Статья спизжена отсюда
Определены реакции, способные зародить жизнь на других планетах
Перебрав все известные химические элементы и различные способы их смешения, команда ученых выделила почти три сотни химических реакций, способных зародить жизнь на экзопланетах. Причем условия в этих мирах совершенно не обязаны быть хоть сколько-то похожими на земные. Новая работа позволит значительно увеличить количество экзопланет, теоретически пригодных для неизвестной нам жизни, а значит, и расширит область ее поисков.
Жизнь на далекой экзопланете — если она там существует — может быть совсем не похожа на ту, к которой мы привыкли на Земле. К тому же, учитывая широкий набор известных нам химических элементов и огромное разнообразие планет во Вселенной и условий на них, будет большим упущением искать жизнь лишь на так называемых землеподобных планетах. Похожим образом думает группа ученых из США и Австралии, решившая определить, какие процессы могли бы привести к появлению жизни в других мирах, существующих в широком диапазоне геохимических и космохимических условий, некоторые из которых существенно отличаются от условий современной Земли.
«Происхождение жизни, по сути, представляет собой процесс возникновения „чего-то из ничего“. Но это „что-то“ не может появиться только один раз. Жизнь сводится к химии и условиям, которые могут генерировать самовоспроизводящуюся модель реакций», — пояснил Бетюль Качар (Betül Kaçar), астробиолог, профессор бактериологии из Университета Вашингтона в Мэдисоне (США) и соавтор исследования.
Тем самым для возникновения жизни в условиях любой планеты должна существовать постоянно воспроизводящаяся относительно простая химическая реакция, продукты которой сами ускоряют эту реакцию. В химии такие реакции называются автокаталитическими. По сути, размножение и рост (то есть деление клеток) живых организмов и есть сложная автокаталитическая реакция. Так, пара особей одного вида, размножаясь, создает новые особи, тоже способные к размножению и ускоряющие эту «реакцию».
Учитывая сходство динамического поведения живых и чисто химических автокаталитических систем, ученые пришли к выводу, что в появлении жизни решающую роль играли одна или несколько простых автокаталитических реакций. Авторы нового исследования решили собрать наиболее полный список таких реакций, найдя 270 вариантов, большинство из которых не включает органические соединения (то есть соединения углерода). Полный список реакций, методы анализа и подробные выводы ученые привели в статье, опубликованной в журнале Journal of the American Chemical Society.
В найденных автокаталитических реакциях участвуют все 18 групп элементов периодической таблицы, включая лантаноиды, актиноиды и даже такие радиоактивные элементы, как торий и уран. При этом условия (температура, давление, кислотность среды и так далее), в которых должны проходить эти реакции, значительно различаются.
Таким образом, анализ существенно увеличил количество вариантов условий на экзопланетах, в которых между простыми химическими соединениями могут самопроизвольно начаться самоподдерживающиеся химические реакции, способные дать начало простейшей жизни.
Остается лишь подобрать для конкретной планеты с конкретными условиями нужную реакцию и попытаться найти молекулы реагентов либо продуктов в ее атмосфере. С другой стороны, авторы исследования отметили, что для некоторых автокаталитических систем требуется эффективное пространственное или временное разделение реагентов и продуктов, позволяющее одновременно протекать основным и вспомогательным реакциям. Это отчасти объясняет, почему природные автокаталитические системы наблюдаются нечасто.
Статья спизжена отсюда
На другой планете впервые нашли признаки вещества, которое на Земле вырабатывают водоросли
Наблюдения за экзопланетой в ста с лишним световых лет от нас позволили выявить в ее атмосфере газы, которые могут указывать на поверхностный водный океан. Еще там нашли признаки органического соединения, которое на Земле выделяют только живые организмы.
Экзопланета K2-18 b в представлении художника
В 2015 году на орбите звезды красного карлика K2-18 в созвездии Льва космический телескоп NASA «Кеплер» обнаружил экзопланету, которую обозначили как K2-18 b. Расстояние от нее до Земли — 120 световых лет, а само открытие было сделано с помощью транзитного метода. Он основан на обнаружении падения светимости звезды во время прохождения планеты перед диском родительского светила.
Дальнейшие наблюдения за K2-18 b, проведенные космическими телескопами «Спитцер» и «Хаббл», показали, что экзопланета в 8,6 раза массивнее Земли, а ее радиус в 2,6 раза больше земного. В ее атмосфере много водяного пара, есть водород и гелий.
Помимо этого, выяснилось, что K2-18 b вращается в так называемой зоне обитаемости — на таком расстоянии от родительской звезды, на котором планета получает необходимое количество тепла, чтобы вода на ее поверхности не превращалась в лед, а существовала в жидком состоянии.
Размер обитаемой зоны, уровень радиации, частота вспышек и продолжительность жизни звезд разного типа: красных (сверху), оранжевых (в центре) и желтых (снизу) карликов
Размер обитаемой зоны для разных типов звёзд
Иными словами, K2-18 b оказалась «суперземлей» — миром, масса которого превышает массу Земли, но меньше массы Нептуна, обладающим гелиево-водородной атмосферой с водными облаками и находящимся в «зоне обитаемости». В 2020 году ученые предположили, что на поверхности экзопланеты находится водный океан, кроме того, она может быть пригодна для поддержания жизни земного типа.
Чтобы оценить вероятность такого сценария, необходимо глубже исследовать состав атмосферы K2-18 b, ведь по наличию определенных газов можно понять, какие условия там существуют. Проблема в том, что подобные экзопланеты довольно сложно изучать, их буквально затмевает свет гораздо более крупных родительских звезд. Для детального анализа подходят лишь немногие методы исследования экзопланет, к тому же для полноты картины наблюдения важно проводить более чувствительными приборами с высокой разрешающей способностью.
К счастью, такие инструменты у людей имеются — самый большой и мощный космический телескоп в истории человечества «Джеймс Уэбб». Группа астрономов из Кембриджского университета (Великобритания) задействовала эту орбитальную обсерваторию, чтобы проанализировать свет родительского светила экзопланеты K2-18 b, проходящий через ее атмосферу, и определить наличие газов. Во время прохождения экзопланеты на фоне диска звезды свет последней проникает в верхние слои атмосферы экзопланеты, поэтому, изучая спектр этого света, можно выявить химические элементы, которые присутствуют в атмосфере космического тела. Результаты работы британские астрономы готовят к публикации в The Astrophysical Journal Letters, сейчас с ними можно ознакомиться на сайте ESA.
Данные, полученные телескопом «Уэбба», показали, что в атмосфере K2-18 b присутствуют углекислый газ (CO2), метан (CH4) и углерод (С). Наличие метана и углекислого газа в атмосфере экзопланеты, как предположили исследователи, подтверждает гипотезу о том, что под гелиево-водородной газовой оболочкой K2-18 b находится жидкий океан.
Метан легко разрушается под воздействием ультрафиолета, поэтому для поддержания его уровня в атмосфере необходимы постоянные источники. На Земле основные природные источники метана — озера, океаны, болота и живые организмы.
Спектры K2-18 b, полученные с помощью приборов «Уэбба» NIRISS (устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф) и NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона). В атмосфере экзопланеты выявлено наличие метана, углекислого газа, а также признаки молекул диметилсульфида
Также телескоп обнаружил в атмосфере K2-18 b признаки молекулы органического соединения диметилсульфида (CH3SCH3). На нашей планете это продукт жизнедеятельности бактерий, еще его выделяют микроскопические водоросли, то есть на Земле диметилсульфид в скольких-нибудь заметных количествах производят только живые организмы.
«Результаты нашего исследования стали возможны благодаря беспрецедентной чувствительности "Уэбба", телескоп помог обнаружить спектральные особенности K2-18 b всего за два прохождения экзопланеты на фоне диска родительской звезды. Для сравнения, одно наблюдение транзита с "Уэбба" обеспечило точность, сопоставимую с восемью наблюдениями транзита с "Хаббла", проведенными в течение нескольких лет и в относительно узком диапазоне длин волн», — объяснил один из авторов исследования Субхаджит Саркар.
Ученые пока не делают поспешных выводов о том, что K2-18 b может быть пригодна для жизни земного типа. Они подчеркнули, что для подтверждения этой гипотезы нужны дальнейшие наблюдения, которые позволят точнее определить концентрацию диметилсульфида в атмосфере экзопланеты.
В будущих исследованиях британские астрономы планируют использовать спектрометр «Джеймса Уэбба» MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона), который, как надеются ученые, подтвердит их выводы и поможет измерить концентрацию газов в атмосфере, что еще больше прояснит, какие условия существуют на K2-18 b.
Стоит отметить, что хотя экзопланета находится в «зоне обитаемости» и, как теперь стало известно, в ее атмосфере содержатся молекулы метана, углекислого газа и углерода, это не означает, что на K2-18 b может быть пригодная для жизни обстановка. Большой размер экзопланеты (радиус в 2,6 раза больше земного) говорит о том, что значимую часть ее «внутренностей» может занимать мантия изо льда, как на Нептуне. С другой стороны, если там на поверхности плещется жидкий океан, он может быть слишком горячим, чтобы поддерживать жизнь.
Статья спизжена отсюда
NASA опубликовала первый снимок экзопланеты, сделанный телескопом Джеймс Уэбб при помощи широкоугольного рентгеновского сканирующего спектрометрического инструмента с лазерным фокусом.
Грязные белые карлики (и другие новости астрономии от Кирилла Масленикова)
Весьма интересный дайджест астрономических новостей про экзопланеты за последний месяц популярно рассказывает пулковский астроном Кирилл Маслеников.Здесь мы собираем самые интересные картинки, арты, комиксы, мемасики по теме экзопланеты (+20 постов - экзопланеты)
Отличный комментарий!