Pribloškiantis atradimas kosmoso gelmėse: ši planeta atskleidė paslaptį, kuri keičia viską
Tirdami tolimas planetas astronomai dažniausiai regi ne patį pasaulį, o jo pėdsakus: spektro linijas, menkus žvaigždės šviesos pritemimus ir cheminių elementų „parašus“, išsibarsčiusius skirtinguose bangos ilgiuose.
Todėl ypač reikšmingi tie atvejai, kai iš tokių menkų užuominų pavyksta ištraukti išvadą, svarbią visam planetų formavimosi supratimui.
Būtent taip nutiko tiriant egzoplanetą WASP-189b, esančią maždaug už 320 šviesmečių. Šis objektas padėjo patvirtinti vieną esminių šiuolaikinės planetologijos prielaidų: planetos ir jos žvaigždės cheminė sudėtis nėra atsitiktinis sutapimas, o bendros kilmės iš tos pačios kosminės medžiagos pėdsakas.
Jei patikimai galima spręsti, iš ko sudarytos planetos, vien remiantis jų žvaigždžių chemija, mokslininkai įgyja savotišką „trumpąjį kodą“ svetimoms planetų sistemoms perprasti.
Tai reiškia mažiau spėlionių ir daugiau tvirtų žinių apie tai, kaip formuojasi pasauliai, skriejantys apie kitas saules. Paradoksalu, kad šios istorijos pagrindiniu veikėju tapo ne rami, į Žemę panaši uolinė planeta, o pragariškai karštas dujų milžinas.
Planeta, kurioje uolienos virsta dujomis
WASP-189b priskiriama vadinamųjų itin karštų jupiterių klasei. Tai milžiniška dujinė planeta, skriejanti itin arti savo žvaigždės ir apskriejanti ją maždaug per 2,7 dienos.
Jos pusiausvyros temperatūra viršija 3300 K, todėl sąlygos tokios ekstremalios, kad medžiagos, kurios uolinėse planetose sudaro plutą ir kalnus, WASP-189b atmosferoje egzistuoja dujų pavidalu. Dėl to šis objektas tapo idealia natūralia laboratorija: magnį, silicį ir geležį, kurie įprastai būtų „paslėpti“ uolienose, čia galima aptikti spektroskopiškai.
Tyrėjai panaudojo spektrografą IGRINS, sumontuotą ant „Gemini South“ teleskopo Čilėje, ir planetos atmosferoje vienu metu užfiksavo magnio bei silicio signalus.
Tai buvo esminis žingsnis, nes tik turint abu elementus galima palyginti Mg/Si santykį egzoplanetos atmosferoje su tuo pačiu santykiu jos žvaigždėje. Rezultatas buvo itin aiškus: proporcijos sutapo su žvaigždės reikšmėmis.
Ilgą laiką astronomai darė prielaidą, kad planetos ir žvaigždės formuojasi iš tos pačios dujų ir dulkių sankaupos, todėl turėtų turėti tą patį cheminį „parašą“. Tačiau už Saulės sistemos ribų tai dažniau buvo elegantiška hipotezė nei tiesiogiai patvirtintas faktas. Šiuo atveju pirmą kartą pavyko tai parodyti stebėjimais.
Kodėl to teko laukti taip ilgai?
Iš pirmo žvilgsnio kyla klausimas: jei žvaigždė ir planetos gimsta kartu, kodėl tai apskritai reikėjo įrodinėti? Atsakymas paprastas ir labai „astronomiškas“: kosmose sunku atlikti tiesioginius eksperimentus.
Planetos yra mažos, tamsios ir skęsta savo žvaigždžių šviesoje, todėl jų cheminė sudėtis dažniausiai nustatoma netiesiogiai, pagal itin subtilius šviesos pokyčius.
Be to, uolinėse planetose – būtent tokiose, kurios ypač domina dėl geologijos ir galimo tinkamumo gyvybei – uolienas formuojantys elementai, tokie kaip magnis ir silicis, paprastai būna surišti mineraluose ir į atmosferą nepatenka. Itin karšti jupiteriai šiuo požiūriu išskirtiniai, bet būtent todėl kartais tampa neįkainojamu „sparčiuoju keliu“: jie leidžia tiesiogiai pažvelgti į chemiją, kuri kituose pasauliuose būtų paslėpta giliai po paviršiumi.
Mokslininkai pabrėžia, kad WASP-189b atveju pavyko ne tik patvirtinti Mg/Si santykio atitikimą, bet ir išanalizuoti platesnį medžiagų rinkinį, įskaitant geležį, vandenį, anglies monoksidą bei hidroksilo radikalą.
Tai padeda geriau suprasti, kaip planetos atmosfera elgiasi ekstremaliomis sąlygomis ir kurios cheminės savybės iš tiesų atspindi formavimosi aplinkybes, o kurios vėliau pakito dėl didžiulio karščio ar atmosferos procesų.
Nedidelė revoliucija labai dideliu mastu
Svarbiausia šio darbo reikšmė peržengia vienos egzoplanetos ribas. Jei žvaigždės cheminė sudėtis patikimai atspindi jos planetas sudarančių elementų proporcijas, astronomai gali kur kas tiksliau prognozuoti, kokią sandarą ir vidinę struktūrą turi tolimi pasauliai.
Magnio, silicio ir geležies santykiai lemia mantijos mineralogiją, plutos sandarą, o netiesiogiai – šilumos kaupimą, geologinio aktyvumo išlikimą ir magnetinio lauko formavimąsi.
Tai svarbu ir astrobiologijai, nors šioje vietoje būtina išlaikyti blaivumą. Tyrimas nesako, kad WASP-189b galėtų būti tinkama gyvybei – ji tokia nėra. Tačiau jis suteikia geresnį įrankį vertinti kitas sistemas, įskaitant tas, kuriose yra uolinių planetų. Žinant žvaigždės sudėtį, galima prasmingiau spręsti, ar jos planetos turi „statybinių medžiagų“, reikalingų vidinei sandarai, tektonikai ar ilgalaikei magnetinei apsaugai.
Praktiškai tai reiškia, kad žvaigždžių katalogai gali tapti dar vertingesni: jų cheminė sudėtis nebėra vien įdomi detalė, o pagrindas kurti ambicingesnius planetų sandaros modelius. Tai ypač aktualu dabar, kai egzoplanetų tyrimai pereina į etapą, kuriame vis svarbesnė tampa detali chemija, o ne vien atrastų pasaulių skaičiavimas.
