Уявіть, що у вас є ідеальний «хімічний GPS», який за складом атмосфери планети має показати, де саме вона народилася в диску навколо зірки. Команда астрономів, використовуючи новий інструмент GRAVITY+ на Дуже Великому Телескопі ESO, спробувала застосувати такий підхід до молодої гігантської екзопланети Beta Pictoris b — і з подивом з’ясувала, що цей GPS майже не працює. Про це йдеться в дослідженні, на яке розповідає Sci.News.
Що відомо коротко
Beta Pictoris b — газовий гігант, подібний до Юпітера, але у 9–13 разів масивніший.
Планета обертається на відстані близько 8 астрономічних одиниць від своєї зірки Beta Pictoris.
Астрономи виміряли співвідношення ізотопів вуглецю 12CO/13CO в її атмосфері за допомогою інструмента GRAVITY+.
Нові точні вимірювання показали, що це співвідношення подібне до значень у Сонячній системі та міжзоряному середовищі.
Виявилося, що очікувані відмінності майже не проявляються, тож цей хімічний показник погано розкриває місце народження планет.
Як ізотопи мали стати «адресою» планети
Ідея астрономів була елегантною: використати ізотопи вуглецю як мітки, що зберігають пам’ять про те, де в протопланетному диску формувалася планета. Ізотопи — це атоми одного й того ж елемента з однаковою кількістю протонів, але різною кількістю нейтронів. Для вуглецю це, наприклад, вуглець-12 (12C) і вуглець-13 (13C).
У космосі вуглець часто поєднується з киснем, утворюючи молекули 12CO і 13CO. У різних частинах диска навколо молодої зірки умови відрізняються: ближче до зірки газ теплий, далі — холодний, і там вуглекислий оксид (CO) може замерзати, утворюючи лід. Межу, за якою газ перетворюється на лід, називають сніговою лінією.
Якщо планета формується усередині снігової лінії, вона має поглинати переважно газоподібний CO; якщо за сніговою лінією — CO у вигляді льоду. Теоретично це мало б залишити помітний «відбиток» у співвідношенні 12CO/13CO в атмосфері планети, наче штамп з координатами її народження.
Beta Pictoris b:
гігант у молодій планетній системі
Beta Pictoris b відкрили у 2008 році за допомогою Дуже Великого Телескопа ESO. Це газовий гігант, схожий на Юпітер, але значно масивніший — приблизно у 9–13 разів. Він обертається навколо своєї зірки Beta Pictoris на відстані близько восьми відстаней Земля–Сонце.
Сама зірка Beta Pictoris оточена диском газу й пилу та має щонайменше ще дві планети. Цей диск може з часом перетворитися на пояс крижаних тіл, подібний до пояса Койпера в нашій Сонячній системі. Тож Beta Pictoris b — частина дуже молодої та динамічної планетної системи.
Аспірантка Антонія фон Штауффенберг (Antonia von Stauffenberg) з Інституту астрономії Макса Планка та її колеги вирішили з’ясувати, де саме в цьому диску могла народитися Beta Pictoris b і чи змінюється її атмосфера з часом.
Що показали нові вимірювання GRAVITY+
Команда спостерігала планету за допомогою оновленого інструмента GRAVITY+ на інтерферометрі Дуже Великого Телескопа (VLTI). Раніше інші дослідники вже намагалися виміряти співвідношення 12CO/13CO за допомогою оригінального інструмента GRAVITY і отримали досить низьке значення.
Той попередній результат натякав, що Beta Pictoris b могла сформуватися за сніговою лінією, у холоднішій частині диска, де CO існував переважно як лід. Але нинішня орбіта планети — приблизно 10 астрономічних одиниць — розташована між зіркою та сніговою лінією, де CO мав би бути газоподібним. Це створювало дивну картину: ніби планета народилася далеко в холоді, а потім мігрувала всередину диска.
Саме тому астрономи підозрювали, що старі дані могли бути недостатньо точними. GRAVITY, за їхніми словами, міг просто не «бачити» потрібні сигнали. Оновлений GRAVITY+ дозволив значно точніше виміряти співвідношення 12CO/13CO.
Нові результати змінили картину: тепер Beta Pictoris b чітко «потрапляє» до
