Выявление новых компонентов в атмосфере газового гиганта KELT-20b позволило углубить понимание химического состава этой экзопланеты. Анализ спектральных данных выявил существенные различия в составе атмосферы на стороне, обращенной к звезде, и на противоположной.

Раскаленный газовый гигант KELT-20b находится на удалении приблизительно в 400 световых лет от Земли. Экзопланета вращается вокруг звезды спектрального класса А, находясь на расстоянии около восьми миллионов километров – что является очень близким орбитальным расположением. Один полный оборот занимает у этого небесного тела 3,47 земных суток.

Ученые классифицируют KELT-20b как ультрагорячий Юпитер: его равновесная температура достигает 2000 градусов Цельсия. Вследствие интенсивного нагрева молекулы в верхних слоях атмосферы частично диссоциируют на атомы и ионы, что делает такие объекты удобными для изучения химического состава по спектральным характеристикам.

В предыдущих исследованиях были идентифицированы водород (H), натрий (Na), магний (Mg), хром (Cr) и железо (Fe). Оставались нерешенные вопросы: какие дополнительные элементы присутствуют в атмосфере, и исключены ли случаи ошибочной интерпретации инструментальных погрешностей или эффектов от звезды как признаков атмосферы планеты?

Авторы научной работы, опубликованнойНа платформе arXiv.org был проведен анализ семи транзитов KELT-20b, полученных с помощью наземного спектрографа HARPS-N, расположенного на Национальном телескопе Галилео на острове Ла-Пальма (Канары, Испания). В момент прохождения планеты перед звездой небольшое количество звездного света проходит через ее атмосферу.

Каждый химический элемент в составе атома создает в спектре характерный набор линий поглощения. Однако следует отметить, что спектральные сигналы от планеты крайне слабы и могут быть легко затеряны на фоне гораздо более интенсивного излучения звезды.

Для выделения полезного сигнала ученые сравнили полученный спектр с предварительно вычисленными шаблонами, служащими своего рода «отпечатками» каждого атома или иона. При этом учитывались помехи – ложные сигналы, которые могут возникать из-за излучения звезды или артефактов обработки данных, ошибочно принимаемых за признаки планетарной атмосферы. Следует подчеркнуть: с увеличением количества анализируемых спектральных линий возрастает вероятность случайного совпадения, то есть ложноположительного результата.

Результаты анализа подтвердили ранее известные данные о наличии нейтральных атомов H, Na, Mg, Cr и Fe. Помимо этого, в атмосфере планеты впервые были идентифицированы калий (K), кальций (Ca), ванадий (V), марганец (Mn) и барий (Ba). Данные открытия значительно увеличили перечень химических элементов, обнаруженных в составе KELT-20b.

Наибольший интерес вызвали сигналы Ca и V: они, как и сигналы Cr и Fe, демонстрируют наличие двух пиков. Это свидетельствует о том, что различные области атмосферы газового гиганта — например, утренняя и вечерняя стороны (лимбы) — отличаются друг от друга по концентрации этих элементов.

Для детальной интерпретации обнаруженных отклонений необходимы дальнейшие исследования. Тем не менее, полученные результаты существенно углубили понимание состава и структуры атмосферы KELT-20b, демонстрируя возможности получения подробной информации об атмосферах горячих экзопланет.