Учёные обнаружили самарий в атмосфере экзопланеты MASCARA-4b — это самый тяжёлый элемент, когда-либо найденный на подобных объектах, превосходящий по массе прежний рекордсмен — барий. Находка раскрывает неожиданную сложность ультрагорячих планет типа Юпитера и существенно продвигает познание их формирования и эволюции.
Открытая в 2020 году, экзопланета MASCARA-4b находится в 557 световых годах от Земли. Эта газообразная планета примерно в три раза массивнее Юпитера. Множество слоев плотного газа, большая масса и температура поверхности до 2000 °С позволяют отнести ее к сверхгорячим Юпитерам. Такая экстремальная температура связана с близостью к звезде-хозяину типа А, находящейся на расстоянии всего 0,047 астрономических единиц. Вокруг звезды MASCARA-4b вращается по орбите за 2,8 дня.
Группа специалистов из Национальных астрономических обсерваторий Китая обнаружила самарий на экзопланете. Спектроскопический анализ атмосферы планеты с помощью Очень большого телескопа в Чили показал наличие различных тяжелых элементов.
Среди тяжелых элементов, найденных исследователями, есть барий, ранее считавшийся самым тяжелым элементом из когда-либо обнаруженных на экзопланетах и впервые найденным на WASP-76 b и WASP-121 b. На этот раз в атмосфере MASCARA-4b обнаружили самарий — элемент еще более тяжелый, чем барий.
Загадочное открытие
Предполагают, что в глубоких слоях атмосферы экзопланет-газовые гиганты главным образом будут найдены тяжелые элементы, например барий. Каждая звезда и планета должны содержать эти элементы при формировании. Но атомный номер или количество протонов у элементов может препятствовать их лёгкому обнаружению в верхних слоях атмосферы. Ожидается, что эти тяжёлые элементы будут находиться в областях с высоким давлением, обусловленным гравитацией планет.
Китайские учёные впервые обнаружили на экзопланете рубидий и самарий. Рубидий – щелочной элемент, подобно натрию и калию. Самарий (с атомным номером 62) – первый из лантанидов, найденный на экзопланете, и он значительно тяжелее бария (с атомным номером 56).
Обнаружение самария свидетельствует о его наличии на больших высотах и указывает на то, что атмосферы сверхгорячих юпитеров могут содержать тяжелые элементы в большем количестве, чем считалось раньше. Присутствие самария также говорит о том, что атмосфера MASCARA-4b небогата водой и кислородом, поскольку этот элемент склонен с ними взаимодействовать.
На Земле элементы, такие как барий и самарий, встречаются в атмосфере и земном коре лишь в незначительном количестве. Большое содержание этих элементов в атмосферах экзопланет, например MASCARA-4b, удивляет исследователей и заставляет искать ответы о природе их атмосфер.
Новое исследование дает основание полагать, что ультрагорячие юпитерианские планеты могут быть существенно сложнее, чем предполагалось. Ученые надеются на получение новых данных благодаря будущим приборам с высокой разрешающей способностью, например спектрографу Armazones High Dispersion Echelle (ANDES) на Чрезвычайно большом телескопе, строительство которого ведется в Чили. Это позволит более точно исследовать не только газовые экзопланеты-гиганты, но и каменистые экзопланеты, которые меньше и сложнее для наблюдения.
ъ