Астрономы впервые оценили содержание изотопов в атмосфере экзопланеты

Используя Очень большой телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), астрономам впервые удалось обнаружить и оценить количество изотопов углерода в атмосфере экзопланеты, а именно соотношение углерода-12 и углерода-13. По мнению авторов исследования, разработанный ими метод позволит точнее определять расстояние, на котором внесолнечный мир сформировался от родительской звезды. Полученные данные и выводы ученых представлены в журнале Nature.

«Мы ожидали, что примерно один из 70 атомов углерода будет являться углеродом-13, однако его содержание оказалось вдвое большим, и это, скорее всего, связано с местом формирования экзопланеты», – рассказывают авторы исследования.

Изотопы – это разные формы одного и того же атома, отличающиеся только количеством нейтронов в ядре. Например, углерод с шестью протонами обычно имеет шесть нейтронов (углерод-12), однако иногда количество нейтронов может быть семь (углерод-13) или восемь (углерод-14). Это не сильно меняет химические свойства элемента, тем не менее, изотопы по-разному образуются и реагируют на окружение. Таким образом, они находят применение в широком диапазоне областей исследований: от медицины до изучения изменения климата и определения возраста окаменелостей и горных пород.

Первой экзопланетой, в атмосфере которой удалось отследить изотопы, стал открытый два года назад молодой газовый гигант TYC 8998-760-1b. Он расположен на расстоянии примерно 300 световых лет от Земли в направлении созвездия Муха. По массе экзопланета превосходит крупнейшую планету Солнечной системы в 14 раз, что позволяет ее классифицировать как суперюпитер.

«Экзопланета находится более чем в 150 раз дальше от своей родительской звезды, чем Земля от Солнца. На таком огромном расстоянии лед, возможно, образовывался с большим количеством углерода-13, что в итоге привело к более высокой доле этого изотопа в атмосфере TYC 8998-760-1b сегодня», – пояснили авторы исследования.

Моделирование показало, что обогащение формирующихся планет углеродом-13 может быть связано с вымораживанием монооксида углерода в протопланетных дисках. Это позволяет объяснить, почему планеты Солнечной системы почти не накопили льда богатого этим изотопом – расстояние, за пределами которого газообразный монооксид углерода начинает замерзать, лежит за орбитой Нептуна.

«Ожидается, что в будущем изотопы помогут понять, как именно, где и когда образуются планеты. Наш результат – только начало», – заключили авторы исследования.