ExoTiC-МИРИ (слева) и Эврика! (справа) спектроскопические кривые транзитного блеска, привязанные к разрешению 0,5 мкм, и модели наилучшего соответствия. Из значений времени на оси X вычтено время центра транзита, а длины волн каждой кривой блеска показаны на правой оси Y.
Фото: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acfc3b

Кристаллы кварца имеют размер всего около 10 нанометров в поперечнике, настолько малы, что 10 000 из них могут уместиться рядом в человеческом волосе. Их размер и состав чистого кремнезема были описаны в статье «JWST-TST DREAMS: Кварцевые облака в атмосфере WASP-17b», опубликованной в Astrophysical Journal Letters.

«Данные Хаббла на самом деле сыграли ключевую роль в ограничении размера этих частиц. Мы знаем, что существует кремнезем только по данным MIRI Уэбба, но нам нужны были наблюдения Хаббла в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне для контекста, чтобы выяснить, насколько велики кристаллы. ", - сказала соавтор Николь Льюис, доцент кафедры астрономии Колледжа искусств и наук, член Института Карла Сагана и руководитель программы гарантированного наблюдения времени Уэбба (GTO), призванной помочь построить трехмерное изображение космического пространства горячей атмосферы Юпитера.

Уэбб наблюдал за системой WASP-17 почти 10 часов, собрав более 1275 измерений яркости среднего инфракрасного света размером от 5 до 12 микрон, когда планета пересекала свою звезду. Вычитая яркость отдельных длин волн света, достигших телескопа, когда планета находилась перед звездой, из яркости самой звезды, исследовательская группа смогла вычислить количество каждой длины волны, блокируемой атмосферой планеты.

Возник неожиданный «выпуклость» размером 8,6 микрон, которую лучше всего объяснить тем, что облака состоят из кварца, а не из силикатов магния или других возможных высокотемпературных аэрозолей, таких как оксид алюминия.

Уникальная способность Уэбба измерять чрезвычайно тонкое воздействие этих кристаллов на звездный свет — и на расстоянии более 7 миллионов миллиардов миль — дает важную информацию о составе атмосфер экзопланет и новое понимание их погоды.

Результаты авторов статьи, которые входят в группу ученых-телескопов JWST, в которую входят исследователи из Исследовательского центра Эймса НАСА и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, вносят новый поворот в наше понимание того, как формируются и развиваются облака экзопланет. Вместо богатых магнием силикатов, таких как оливин и пироксен, наблюдаемых на других экзопланетах, исследователи нашли их строительные блоки — чистый кремнезем, необходимый для формирования более крупных силикатных зерен, обнаруженных в коричневых карликах и более холодных экзопланетах.

WASP-17 b, объём которой более чем в семь раз превышает объём Юпитера, и масса менее половины Юпитера, является одной из крупнейших и «самых пухлых» известных экзопланет. Это, наряду с коротким периодом обращения в 3,7 земных дня, делает планету идеальной для трансмиссионной спектроскопии: метода, который включает в себя измерение эффектов фильтрации и рассеяния атмосферы планеты на звездном свете для определения характеристик его состава.

В отличие от минеральных частиц, обнаруженных в облаках на Земле, кристаллы кварца, обнаруженные в облаках WASP-17 b, не поднимаются с каменистой поверхности. Вместо этого они возникают в самой атмосфере.

Волны света, обнаруженные в облаках экзопланеты горячего газового гиганта WASP-17 b, выявили наличие кварца (кристаллического кремнезема, SiO2), как показано на этом графике. Это первый случай обнаружения SiO2 на экзопланете. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА и Р. Кроуфорд (STScI).
Наука: Николь Льюис (Корнелльский университет), Дэвид Грант (Бристольский университет), Ханна Уэйкфорд (Бристольский университет) из Научного института космического телескопа.

«WASP-17 b чрезвычайно горячий — около 2700 градусов по Фаренгейту — и давление, при котором кристаллы кварца формируются высоко в атмосфере, составляет лишь одну тысячную от того, что мы испытываем на поверхности Земли. В этих условиях твердые кристаллы могут образовываться непосредственно из газа, не проходя предварительно через жидкую фазу», — сказал первый автор Дэвид Грант из Бристольского университета.

«Трудно определить, сколько именно там кварца и насколько распространены облака, но команда стремится сделать именно это, объединив эти наблюдения WASP-17b с другими наблюдениями системы с помощью JWST», — сказал Льюис.

WASP-17 b - одна из трех планет, на которые нацелена группа ученых-телескопов JWST по глубокой разведке атмосфер экзопланет с использованием исследований многоинструментальной спектроскопии (DREAMS), которые предназначены для сбора полного набора наблюдений одного представителя каждого ключевого класса экзопланет. : горячий Юпитер, теплый Нептун и умеренная каменистая планета.

Наблюдения MIRI горячего Юпитера WASP-17 b проводились в рамках программы GTO 1353.