Instrument GRAVITY, na należącym do ESO teleskopie o nazwie Very Large Telescope Interferometer (VLTI), wykonał pierwsze bezpośrednie obserwacje egzoplanety przy pomocy interferometrii optycznej. Metoda ta ukazała złożoną atmosferę planety z chmurami żelazowymi i krzemianowymi kręcącymi się w burzy o skali całej planety. Zastosowana technika prezentuje wyjątkowe możliwości badania własności wielu z egzoplanet znanych obecnie.

Wyniki badań ogłoszono w liście do czasopisma Astronomy and Astrophysics, w którym naukowcy przedstawiają obserwacje egzoplanety HR 8799 e przy pomocy interferometrii optycznej. Egzoplaneta została odkryta w 2010 roku na orbicie wokół młodej gwiazdy ciągu głównego HR 8799, położonej około 129 lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Pegaza.

Dzisiejsze wyniki pokazały nowe własności HR8799 e. Badania wymagały instrumentu o bardzo dużej rozdzielczości i czułości. GRAVITY może używać czterech głównych teleskopów VLT pracujących wspólnie jako jeden większy teleskop dzięki technice znanej jako interferometria.

Interferometria to technika pozwalająca astronomom na tworzenie superteleskopu poprzez połączeniu kilku mniejszych teleskopów. VLTI, który należy do ESO, jest teleskopem interferometrycznym tworzonym przez połączenie dwóch lub więcej Teleskopów Głównych w ramach Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) albo czterech mniejszych Teleskopów Pomocniczych. O ile każdy z Teleskopów Głównym ma zwierciadło główne o imponującej średnicy 8,2 metra, to po połączeniu razem tworzą teleskop o 25 razy większej zdolności rozdzielczej niż pojedynczy Teleskop Główny obserwujący samodzielnie.

W ten sposób tworzony jest superteleskop — VLTI — który zbiera i precyzyjnie wyłuskuje światło atmosfery HR 8799 e od światła gwiazdy macierzystej. Metody bezpośrednie, takie jak technika opisana w przypadku najnowszych pomiarów GRAVITY, obejmują obserwowanie samej planety, a nie jej wpływu na gwiazdę.

HR8799e to ‘superjowisz’, świat jakiego nie znajdziemy w Układzie Słonecznym, który jest zarówno masywniejszy, jak i znacznie młodszy niż jakakolwiek planeta okrążająca Słońce. Licząc sobie zaledwie 30 milionów lat, ta niemowlęca planeta jest na tyle młoda, że daje naukowcom wgląd we wczesny etap formowania się planet i systemów planetarnych. Ta egzoplaneta jest zupełnie niegościnna – energia pozostała po jej powstaniu i potężny efekt cieplarniany rozgrzewają HR8799 e do prawie 1000 °C.

Po raz pierwszy użyto interferometrii optycznej do zbadania szczegółowych własności egzoplanety. Nowa technika dała niesamowicie szczegółowe widmo o niespotykanej jakości – dziesięć razy bardziej szczegółowe niż w przypadku wcześniejszych obserwacji. Pomiary dokonane przez zespół badawczy pozwoliły na ustalenie budowy atmosfery HR 8799 e i nie obyło się tutaj bez niespodzianek.

„Nasze analizy pokazały, że H R8799 e posiada atmosferę zawierającą znacznie więcej tlenku węgla niż metanu – a tego nie oczekiwano po chemii w warunkach równowagi”, wyjaśnia Sylvestre Lacour z CNRS w Observatoire de Paris - PSL oraz z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, kierownik zespołu badawczego. „Najlepszym wyjaśnieniem tego zaskakującego rezultatu są mocno pionowe wiatry w atmosferze, zapobiegające reakcjom tlenku węgla z wodorem w celu uformowania metanu.”

Odkryto także, że atmosfera zawiera chmury pyłu żelaznego i krzemianowego. W połączeniu z nadwyżką tlenku węgla sugeruje to, że w atmosferze HR8799 e występuje gigantyczna i gwałtowna burza.

„Nasze obserwacje sugerują kulę gazu oświetloną z wnętrza, z promieniami ciepłego światła wirującymi przez burzowe pasma ciemnych chmur. Wokół chmur z cząstkami krzemianowymi i żelaznymi występuje konwekcja, powodując ich rozpadanie się i deszcz. Rysuje to obraz dynamicznej atmosfery olbrzymiej egzoplanety w chwilach narodzin, na której zachodzą skomplikowane procesy fizyczne i chemiczne.

Wynik ten jest kontynuacją imponujących odkryć GRAVITY, które obejmują tak przełomowe badania, jak ubiegłoroczne obserwacje gazu wirującego z 30% prędkości światła tuż nad horyzontem zdarzeń supermasywnej czarnej dziury w centrum Galaktyki. Dodaje także nowa metodę obserwacji egzoplanet do już szerokiego arsenału metod dostępnych dla teleskopów i instrumentów ESO — przecierając szlaki dla wielu jeszcze donioślejszych odkryć.

Wyniki badań przedstawiono w artykule pt. "First direct detection of an exoplanet by optical interferometry" w czasopismie Astronomy and Astrophysics.

Źródło: ESO