WASP-189b atrodas gandrīz 320 gaismas gadu attālumā Svaru zvaigznājā un pieder pie īpaši karsto Jupiteru jeb ultra-hot Jupiter (UHJ) klases. Šīs planētas ir tik karstas, ka atmosfērā gāzes veidā var nonākt arī elementi, kas uz Zemes parasti sastopami cietos iežos. Magniju, silīciju un dzelzi astronomi var noteikt ar spektroskopijas palīdzību — metodi, kas sadala gaismu dažādos viļņu garumos un ļauj identificēt tajā esošās ķīmiskās vielas.

Starptautiska pētnieku komanda, ko vadīja Arizonas štata universitātes doktorants Horhe Antonio Sančess, WASP-189b pētīja ar augstas izšķirtspējas infrasarkano spektrogrāfu Immersion GRating INfrared Spectrograph jeb IGRINS. Novērojumu laikā instruments bija uzstādīts uz Gemini South teleskopa Čīlē. Gemini South ir daļa no Starptautiskās Gemini observatorijas, ko daļēji finansē ASV Nacionālais zinātnes fonds un pārvalda NSF NOIRLab.

Pirmie tiešie dati par zvaigznes un planētas ķīmisko saistību

Pētniekiem pirmo reizi izdevās vienlaikus izmērīt magniju un silīciju planētas ārpus Saules sistēmas atmosfērā. Iegūtie dati parādīja, ka magnija un silīcija proporcija WASP-189b atmosfērā cieši sakrīt ar šo elementu attiecību tās māteszvaigznē.

Šis rezultāts sniedz pirmo tiešo novērojumu atbalstu plaši izmantotam pieņēmumam par zvaigžņu un planētu ķīmisko attiecību. Tas arī paver jaunu iespēju pētīt, kā veidojušās un laika gaitā attīstījušās planētas.

“Šie atklājumi parāda Gemini spēju palīdzēt mums izprast ievērojamās eksoplanētu daudzveidības īpašības mūsu kosmiskajā apkaimē,” sacīja NSF NOIRLab programmas direktors Kriss Deiviss. Viņš norādīja, ka šādi atklājumi ir iespējami, pateicoties Gemini modernajiem instrumentiem.

Ilgi pastāvējis pieņēmums par planētu izcelsmi

Astronomi uzskata, ka tādas milzu planētas kā WASP-189b veidojas plašos gāzu un putekļu diskos ap jaunām zvaigznēm. Šos veidojumus dēvē par protoplanetārajiem diskiem, un tie nodrošina izejmateriālus planētu attīstībai. Tiek uzskatīts, ka milzu planētas ārējās atmosfēras ķīmiskais sastāvs var saglabāt norādes par vidi, kurā planēta sākotnēji veidojusies.

Tā kā zvaigznes un to apkārtējie diski rodas no viena materiāla mākoņa, zinātnieki jau sen pieņēmuši, ka tajos ir līdzīgas iežu veidojošo elementu proporcijas. Jo īpaši tika uzskatīts, ka šo elementu attiecībām diskā vajadzētu līdzināties attiecībām, kas izmērītas tā centrālajā zvaigznē.

Šī sakarība ir kļuvusi par nozīmīgu rīku, lai prognozētu klinšainu eksoplanētu sastāvu. Līdz šim pieņēmumu galvenokārt pamatoja pierādījumi no mūsu Saules sistēmas, taču astronomi nebija tieši izmērījuši tādu pašu attiecību planētai, kas riņķo ap citu zvaigzni.

WASP-189b izpēte nodrošina trūkstošos novērojumu datus un nostiprina zinātnisko pamatu zvaigžņu ķīmijas izmantošanai, lai izprastu materiālus, no kuriem veidojas tālas planētas. “WASP-189b sniedz ļoti nepieciešamu novērojumu atskaites punktu mūsu izpratnē par Zemei līdzīgu planētu veidošanos, jo tā piedāvā izmērāmu lielumu, kas apstiprina pieņemto līdzību starp zvaigznes sastāvu un iežaino materiālu proporciju ap zvaigznēm, no kurām veidojas planētas,” sacīja Sančess.

Ķīmiskais sastāvs var palīdzēt pētīt apdzīvojamību

Atklājuma nozīme neaprobežojas ar planētu veidošanās izpēti. Šī ķīmiskā saistība ir svarīga arī astrobioloģijā — zinātnes jomā, kas pēta dzīvības iespējamību ārpus Zemes un vides apstākļus, kuros tā varētu pastāvēt, tostarp potenciāli apdzīvojamas vides mūsu Saules sistēmā.

Izpētot zvaigznē esošos elementus, astronomi varētu aplēst, kāds relatīvais iežu veidojošo materiālu daudzums pieejams tās planētām. Šie materiāli ietekmē planētas iekšējo uzbūvi, ģeoloģisko aktivitāti un ķīmisko vidi — faktorus, kas var noteikt, vai tajā izveidosies dzīvībai piemēroti apstākļi.

Zeme ir pazīstams piemērs šādai saistībai. Elementi, no kuriem tā sastāv, ietekmē plātņu tektoniku, aizsargājošā magnētiskā lauka rašanos un būtisku ķīmisko vielu pārvietošanos atmosfērā, okeānos un augsnē. Kopā šie procesi veido vidi, kas ļauj dzīvībai pastāvēt.

Pētniekiem arvien detalizētāk pētot mazākas, klinšainas eksoplanētas, uzticama saikne starp zvaigznes ķīmiju un planētas sastāvu kļūst aizvien nozīmīgāka. WASP-189b novērojumi ir būtisks solis šajā virzienā.

Augstas izšķirtspējas teleskopi atklāj eksoplanētu atmosfēras

Šādu mērījumu veikšanai nepieciešami instrumenti, kas spēj atšķirt ārkārtīgi smalkas detaļas tālu planētu atmosfēru uztvertajā gaismā. Pētnieki norāda, ka šādai analīzei vajadzīgā spektrālā izšķirtspēja pašlaik pieejama tikai uz Zemes izvietotiem teleskopiem.

“Mūsu pētījums demonstrē uz Zemes izvietotu augstas izšķirtspējas spektrogrāfu spēju noteikt tādas svarīgas vielas kā magnijs un silīcijs — divus elementārus būvelementus, no kuriem veidojas klinšainas planētas,” sacīja pētījuma līdzautors Maikls Lains, Arizonas štata universitātes asociētais profesors. “Šī pilnveidotā tehnoloģija paver pilnīgi jaunu dimensiju eksoplanētu atmosfēru izpētē.”

Komanda sagaida, ka turpmāki novērojumi vairākos viļņu garumos un ar līdzīgi precīziem instrumentiem ļaus atklāt plašāku eksoplanētu atmosfērās esošo elementu klāstu. Pilnīgāks priekšstats par šo atmosfēru ķīmisko sastāvu varētu sniegt jaunas norādes par to, kā planētas veidojas, kā tās mainās laika gaitā un kādi apstākļi varētu veicināt apdzīvojamību.

Saistot tālas planētas ķīmiju ar tās zvaigznes ķīmisko sastāvu, astronomi tagad ieguvuši jaunus pierādījumus principam, kas var palīdzēt meklēt potenciāli apdzīvojamas pasaules visā galaktikā.