Telescopul Webb a detectat cristale de cuarț în atmosfera unei exoplanete „pufoase”

Telescopul Spațial James Webb a detectat nanocristale de cuarț în norii de la mare înălțime ai exoplanetei WASP-17 b, un Jupiter-fierbinte aflat la 1.300 de ani-lumină depărtare de Pământ în constelația Scorpionul.

Descoperirea, posibilă doar cu instrumentul MIRI (Mid-Infrared Instrument) al lui Webb, reprezintă prima dată când particule de dioxid de siliciu (SiO2) sunt găsite în atmosfera unei exoplanete.

• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee
• De ce ne curge nasul de la mâncarea picantă?

„Am fost încântați! Am știut de la observațiile Hubble că trebuie să existe aerosoli – mici particule ce alcătuiesc norii sau ceața – în atmosfera lui WASP-17 b, dar nu ne așteptam să fie din cuarț”, a explicat David Grant, cercetător la Universitatea din Bristol, Regatul Unit și autor coordonator al studiului care descrie descoperirea, publicat în Astrophysical Journal Letters.

„Ne așteptam în totalitate să vedem silicați de magneziu”

Silicații (minerale bogate în siliciu și oxigen) alcătuiesc mare parte din Pământ și Lună precum și din alte corpuri stâncoase ale Sistemului Solar, fiind și extrem de comuni în toată galaxia. Dar particulele de silicat detectate anterior în atmosferele exoplanetelor și piticelor cenușii par să fie făcute din silicat bogat în magneziu, cum ar fi olivină sau piroxeni, nu doar cuarț (adică SiO2 pur).

Rezultatele echipei, care include cercetători de la Centrul Ames de Cercetare și Centrul Goddard pentru Zbor Spațial ale NASA, explică un nou mod de formare și evoluție pentru norii exoplanetelor. „Ne așteptam pe deplin să vedem silicați de magneziu. Dar ce vedem în schimb sunt probabil elementele de bază, adică mici particule necesare pentru a forma particule mai mari de silicat pe care noi le detectăm în exoplanete mai reci și pitice cenușii”, a precizat Hannah Wakeford, un alt autor al studiului.

Una dintre cele mai mari și mai „pufoase” exoplanete cunoscute

Cu un volum de șapte ori mai mare decât cel al lui Jupiter și o masă de mai puțin de o jumătate, WASP-17 b este una dintre cele mai mari și mai „pufoase” exoplanete cunoscute. Are, de asemenea, o perioadă orbitală scurtă, de doar 3,7 zile pământene, astfel că este ideală pentru spectroscopia transmisiei, o tehnică ce implică măsurarea efectelor atmosferei unei planete asupra luminii stelare.

Telescopul Webb a observat sistemul WASP-17 timp de aproape 10 ore și a efectuat măsurători detaliate. Rezultatele au arătat „o creștere” neașteptată de 8,6 microni, un eveniment neașteptat în cazul în care norii ar fi fost compuși din silicați de magneziu sau alți aerosoli de înaltă temperatură precum oxidul de aluminiu. Totuși, o astfel de „creștere” are logică dacă norii ar fi din cuarț.

Deși cristalele sunt cel mai probabil similare cu prismele hexagonale din geodele și pietrele prețioase de pe Pământ, fiecare are o lungime de doar 10 nanometri, adică o milionime dintr-un centimetru.

Cristale de cuarț detectate în norii de pe WASP-17 b

„Datele de la Hubble au jucat un rol-cheie în aflarea dimensiunii acestor particule. Știm că există siliciu de la instrumentul MIRI al lui Webb, dar aveam nevoie de observații în lumină vizibilă și infraroșu apropiat de la Hubble pentru context, pentru a înțelege cât de mari sunt aceste cristale”, a declarat Nikole Lewis, un alt autor al studiului și cercetătorul care conduce programul Webb Guaranteed Time Observation (GTO), conceput pentru a construi o imagine tridimensională cu o atmosferă de Jupiter-fierbinte.

Spre deosebire de particulele minerale găsite în norii de pe Terra, cristalele de cuarț detectate în norii de pe WASP-17 b nu sunt luate pe sus de pe o suprafața stâncoasă. În schimb, acestea provin din atmosferă. „WASP-17 b este extrem de fierbinte – aproximativ 1.500 de grade Celsius – iar presiunea în care se formează în atmosferă este de aproape o miime din cea experimentată de noi pe suprafața Pământului. În aceste condiții, cristalele solide se pot forma direct din gaz, fără să treacă mai întâi prin faza de lichid”, a explicat Grant.

Ce ne arată „aceste cristale frumoase de siliciu”?

Este crucial să înțelegem din ce sunt făcuți acești nori. Jupiterii-fierbinți precum WASP-17 b sunt alcătuiți în totalitate din hidrogen și heliu, cu mici cantități de alte gaze cum ar fi vapori de apă (H2O) și dioxid de carbon (CO2). „Dacă descoperim că oxigenul este în aceste gaze, și neglijăm să includem tot oxigenul blocat în minerale precum cuarțul (SiO2), vom subestima în mod semnificativ abundența totală. Aceste cristale frumoase de siliciu ne arată diferitele materiale și cum s-au reunit pentru a contura mediul acestei planete”, a adăugat Wakeford.

Este dificil de stabilit cât de mult cuarț există și cât de răspândit este în nori. „Norii sunt cel mai probabil prezenți în tranziția zi/noapte (zona numită „terminator”), regiunea în care noi efectuăm observații”, a adăugat Grant. Având în vedere că planeta este blocată în rezonanță cu o parte foarte fierbinte de zi și o parte de noapte mai rece, este probabil ca norii să circule în jurul planetei și să se vaporizeze atunci când ajung în partea de zi. „Vânturile ar putea transporta aceste mici particule la mii de kilometri pe oră”, a mai spus Grant, potrivit unui comunicat al NASA.

Telescopul Webb, cel mai avansat observator spațial din lume

WASP-17 b este una dintre cele trei planete incluse în investigațiile Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy (DREAMS) ale lui Webb, concepute pentru a extrage observații cuprinzătoare cu cele mai reprezentative clase de exoplanete: Jupiter-fierbinte, Neptun-cald și planete stâncoase temperate. Observațiile cu instrumentul MIRI efectuate asupra WASP-17 b au făcut parte din programul GTO 1353.

Telescopul Spațial James Webb este cel mai avansat observator spațial științific din lume. Webb elucidează misterele Sistemului Solar, privește dincolo de lumile îndepărtate ale altor stele și studiază structurile misterioase și originile Universului nostru, dar și locul pe care noi, oamenii, îl ocupăm aici. Telescopul Webb este un program internațional condus de NASA, Agenția Spațială Europeană (ESA) și Agenția Spațială Canadiană (CSA).

Vă mai recomandăm să citiți și:

Telescopul Webb a descoperit obiecte misterioase care plutesc libere în spațiu

Astronomii au descoperit „galaxii abia născute” cu ajutorul Telescopului Webb

Telescopul Webb a măsurat expansiunea Universului, iar veștile nu sunt bune!

Nebuloasa Inelul, fotografiată în detalii fără precedent cu Telescopul Spațial James Webb