Sciencemag.cz
Doporučujeme
Poměr izotopů uhlíku (12C vs. 13C) v atmosféře exoplanety umožňuje vědcům odvodit vzdálenost, ve které exoplaneta obíhá kolem své hvězdy. Až dosud dokázali astronomové rozlišit ale pouze tyto dva izotopy, a to v molekule oxidu uhelnatého. Nový výzkum zvládl rozlišit i dva izotopy dusíku (14N vs. 15N) v molekule amoniaku. Přesněji řečeno, studie se netýká přímo atmosféry exoplanety, ale chladného hnědého trpaslíka. Hnědý trpaslík WISE J1828 je od Země vzdálen 32,5 světelného let a na noční obloze se nachází v souhvězdí Lyry.
Teplota objektu se pohybuje kolem 100 °C a pozorovat je ho podařilo pouze díky Vesmírnému dalekohledu Jamese Webba. Spektrometr MIRI se středním rozlišením (Medium Resolution Spectrometer) zaznamenal v rozsahu vlnových délek mezi 4,9 a 27,9 μm spektrum, v němž vědci kromě amoniaku pozorovali molekuly vody a metanu s charakteristickými absorpčními pásy. Spektroskopicky se pak podařilo rozlišit i izotopology (molekuly s různými izotopy) čpavku. Přítomnost méně běžného izitopu 15N v molekule amoniaku způsobuje ve spektru charakteristický signál.
Poměr 14NH3 a 15NH3 lze přitom použít jako speciální indikátor ke studiu vzniku hvězd a exoplanet. Pomůže například testovat různé hypotetické mechanismy vzniku plynných obrů. Až dosud neexistuje například jednoznačná/všeobecně uznávaná odpověď na otázku, jak plynní obři vznikají: spíše akrecí jádra protoplanetárního disku – podobně jako většina ostatních planet – nebo v důsledku gravitačního kolapsu v protoplanetárním disku kolem mateřské hvězdy (poznámka: tedy jakoby „vedlejší hvězda“)?
Poměr izotopů dusíku může v tomto smyslu poskytnout nová vodítka. Na Zemi připadá na každý atom 15N 272 atomů 14N. Nová studie uvádí, že poměr 14NH3 ku 15NH3 naměřený v atmosféře WISE J1828 je 670, hnědý trpaslík tedy v průběhu svého vzniku nahromadil méně dusíku-15 ve srovnání se Zemí i planetami, jako je Jupiter. Izotop 15N je na WISE J1828 vzácnější než na všech tělesech ve Sluneční soustavě.
Předpokládá se, že k obohacení o izotop dusíku 15 přispívají dopady komet, protože ty mají výrazně vyšší obsah 15N. A dále se domníváme, že dopady komet významně ovlivnily složení dnešních planet.
Nízký obsah 15NH3 ve spektru hvězdy WISE J1828 má naznačovat, že tento hnědý trpaslík nevznikl obvyklým způsobem planet – akrecí jádra – ale spíše se zformoval jako hvězda (scénář gravitačního kolapsu). Tento typ gravitační nestability tak pravděpodobně hraje důležitou roli při vzniku plynných obrů, zejména těch, kteří se pohybují kolem své hvězdy po vzdálených oběžných drahách.
Podle studie se dále poměr 14NH3 k 15NH3 dále výrazně mění v závislosti na vzdálenosti plynného obra od jeho hvězdy, takže příslušné číslo může opět sloužit jako jedna z metod ke stanovení vzdálenosti exoplanety od hvězdy.
David Barrado et al, 15NH3 in the atmosphere of a cool brown dwarf, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06813-y
Zdroj: ETH Zurich / Phys.org
