Pierwszy raz w historii odkryto izotopy w atmosferze egzoplanety oddalonej od nas o nieco ponad 300 lat świetlnych.
W mgle otaczającej gazową egzoplanetę o nazwie TYC 8998-760-1b astronomowie wykryli formę węgla znaną jako węgiel-13. Odkrycie to sugeruje, że egzoplaneta uformowała się daleko od swojej gwiazdy macierzystej, w zimnym zakątku swojego układu poza określoną linią śniegu.
Zdaniem naukowców odkrycie ujawnia nam nowy sposób spojrzenia na słabo poznany proces formowania się planet. „To naprawdę wyjątkowe, że możemy sprawdzić to w atmosferze egzoplanety z tak dużej odległości” – powiedział astronom Yapeng Zhang z Leiden University w Holandii.
TYC 8998-760-1 b, odkryty w 2019 roku był już dość wyjątkowy. Należy do niezwykle rzadkiej grupy egzoplanet – tych, które udało nam się bezpośrednio zobrazować.
Gwiazdy są bardzom jasne, a planety w porównaniu z nimi są bardzo mało jasne, więc zazwyczaj identyfikujemy je, wykrywając wpływ, jaki wywierają na swoją gwiazdę macierzystą, albo grawitacyjnie, albo przez drobny spadek światła gwiazdy. Techniki te działają najlepiej w przypadku planet znajdujących się blisko swoich gwiazd, ale TYC 8998-760-1 b krąży wokół swojej gwiazdy w dość dużej odległości – około 16 jednostek astronomicznych. Dla kontekstu Pluton okrąża Słońce w odległości 40 jednostek astronomicznych.
Egzoplaneta jest również bryłą o masie około 14 razy większej niż Jowisz, co oznacza, że jest stosunkowo jasna w świetle odbitych gwiazd. Tak więc zespół naukowców kierowany przez Zhanga przyjrzał się bliżej, aby sprawdzić, czy światło odbite przez gwiazdę może im coś powiedzieć.
Naukowcy odkryli, że długości fal pochłonięte przez TYC 8998-760-1b są zgodne z węglem 13, prawdopodobnie związanym głównie z gazowym tlenkiem węgla. Izotopy są całkiem interesujące. Wszystkie są formami tego samego pierwiastka, które mają taką samą liczbę protonów i elektronów, ale różną liczbę neutronów.
Węgiel-12, najpowszechniejszy stabilny izotop węgla, ma po sześć z nich. Węgiel-13 ma sześć protonów i sześć elektronów, ale siedem neutronów. Ma to znaczenie, ponieważ ścieżki ich powstawania są różne i zachowują się inaczej w zależności od warunków środowiskowych.
Na TYC 8998-760-1 b naukowcy spodziewali się pewnej obfitości węgla. Ilość węgla-13, którą znaleźli w atmosferze egzoplanety, była dwukrotnie większa od oczekiwanej. Zespół jest przekonany, że może nam to powiedzieć coś o warunkach, w jakich powstał TYC 8998-760-1b.
„Planeta znajduje się ponad sto pięćdziesiąt razy dalej od swojej gwiazdy macierzystej niż nasza Ziemia od Słońca” – wyjaśnił astrofizyk Paul Mollière z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka w Niemczech.
„Z tak dużej odległości prawdopodobnie utworzyły się lody z większą ilością węgla 13, powodując większą część tego izotopu w dzisiejszej atmosferze planety”. Obszar ten znajdowałby się poza linią śniegu tlenku węgla – odległość od gwiazdy, poza którą tlenek węgla kondensuje i zamarza z gazu w lód (różne gazy mają różne linie śniegu).
Wszelkie egzoplanety tworzące się tak daleko od ciepła gwiazdy zawierałyby te lody z tlenku węgla. Ponieważ znane planety w Układzie Słonecznym znajdują się bliżej niż ta odległość od Słońca, nie powstałyby z taką ilością tlenku węgla jak TYC 8998-760-1b, stwierdzili naukowcy.
W Układzie Słonecznym mamy do czynienia z analogicznym zjawiskiem, w którym Neptun i Uran są bogatsze w deuter, izotop wodoru z jednym protonem i jednym neutronem (normalny wodór ma tylko proton), niż Jowisz. Jest to przypisywane formowaniu się planet za linią wody i śniegu.
„Oczekuje się, że w przyszłości izotopy pomogą dokładniej zrozumieć, jak, gdzie i kiedy powstały planety” – powiedział astronom Ignas Snellen z Uniwersytetu w Leiden.