Chmury na gazowych olbrzymach, jak powstają?

Astronomowie badając starożytnego brązowego karła, nazwanego „The Accident”, wykryli cząsteczki, których poszukiwano w atmosferach planetarnych od dawna, a które mogą odpowiadać za to, że chmury powstają na gazowych olbrzymach.

Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z m.in. American Museum of Natural History, wyjaśnia, dlaczego krzem pozostawał nieuchwytnych w atmosferach Jowisza i Saturna, ale także pozwala lepiej poznać ewolucję chemii Wszechświata na przestrzeni miliardów lat. Pokazuje również, że czasami najbardziej nieoczekiwane odkrycia mogą przynieść rozwiązania tajemnic nauki. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature”.

Po raz pierwszy w historii astronomom udało się zidentyfikować krzemowodór, prostą cząsteczkę złożoną z krzemu związanego z czterema atomami wodoru, w atmosferze ciała niebieskiego. Naukowcy badający planety od dawna przewidywali, że związek ten powinien występować na gazowych olbrzymach i odgrywać ważną rolę w tworzeniu się chmur, jednak do tej pory nie udało się go wykryć na Jowiszu ani Saturnie.

Brązowy karzeł, znany jako „The Accident” („Przypadek”), znajduje się około 50 lat świetlnych od Ziemi, w konstelacji Wagi. Zdaniem astronomów powstał prawdopodobnie 10–12 miliardów lat temu, co czyni go jednym z najstarszych obiektów tego typu, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. Brązowe karły to szczególne obiekty kosmiczne – są zbyt masywne, aby uznać je za planety, ale nie na tyle, aby podtrzymywać fuzję jądrową, jak gwiazdy. „The Accident” został odkryty przypadkowo w 2020 roku (stąd jego nazwa) przez astronoma-amatora uczestniczącego w projekcie Backyard Worlds, Planet 9.

W ramach nowego badania naukowcy wykorzystali teleskop Gemini South w Chile, aby uzyskać obrazy „The Accident” w bliskiej podczerwieni. Urządzenie to było jedynym teleskopem naziemnym zdolnym do wykrycia tego niezwykle słabego obiektu, co umożliwiło dalsze obserwacje za pomocą należącego do NASA Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba, którego niezwykła czułość pozwoliła wykryć ślady krzemowodoru, dzięki któremu mogą powstawać chmury na gazowych olbrzymach.

Odkrycie to, jak podkreślają astronomowie, wyjaśnia długotrwałą tajemnicę dotyczącą krzemu w atmosferach planetarnych. Naukowcy są pewni, że pierwiastek ten występuje w atmosferach Jowisza i Saturna, ale do tej pory nigdy nie udało się go wykryć. Modele sugerują, że w gazowych olbrzymach, krzem wiąże się z tlenem, co powoduje powstanie cięższych cząsteczek, które opadają głęboko pod warstwy powierzchniowe, gdzie teleskopy nie są w stanie ich wykryć.

Jednak „The Accident” powstał, gdy Wszechświat był znacznie młodszy i zawierał znacznie mniej tlenu, przez co występujący na nim krzem łączył się z wodorem, tworząc krzemowodór. Był on znacznie lżejszy, nie mógł opadać i dlatego udało się go łatwiej wykryć.

Zdaniem astronomów, badania potwierdzają teorie dotyczące tego jak powstają chmury na gazowych olbrzymach i dostarczają kluczowych informacji na temat wpływu czasu powstawania planet na skład ich atmosfery. Naukowcy planują wykorzystać teleskop Webb i inne instrumenty do poszukiwania krzemowodoru na kolejnych brązowych karłach i egzoplanetach, co może pomóc lepiej zrozumieć skład chemiczny atmosfer obiektów we Wszechświecie.

Emil Gołoś