Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» предоставил подробный анализ атмосферы далекой экзопланеты WASP-39 b. Напомним, что ранее супертелескоп рассказал о составе атмосферы экзопланеты WASP-96 b, удаленной на 1 150 световых лет от Земли.
В прошлом другие космические телескопы NASA, такие, как «Хаббл» и «Спитцер», обнаруживали отдельные ингредиенты атмосферы этой «бурлящей» экзопланеты WASP-39 b, но свежий взгляд «Джеймса Уэбба» предоставил полное меню атомов, молекул и даже признаков активной химии и облаков.
Последние данные также дают представление о том, как эти облака могут выглядеть вблизи: клочкообразные, словно разорванные на части, а не единое однородное покрывало, окутывающее планету.
Далекий и горячий мир
Экзопланета WASP-39 b является представителем класса «рыхлая планета» или «горячий Сатурн», представляя собой столь же массивный мир, как Сатурн, но расположенный ближе к своей родительской звезде, чем Меркурий к Солнцу. WASP-39 b находится на расстоянии около 700 световых лет от Земли.
Новый анализ дает четкое понимание того, что инструменты «Джеймса Уэбба» способны проводить широкий спектр исследований всех типов экзопланет, некоторых из которых даже могут быть обитаемыми. Это говорит о том, что в будущем нас ждут исследования атмосфер небольших каменистых планет, подобных тем, что находятся в системе TRAPPIST-1, удаленной примерно на 40 световых лет от нас.
«Мы наблюдали экзопланету с помощью нескольких инструментов, которые вместе дают широкую полосу инфракрасного спектра и множество химических отпечатков, недоступных ранее, — сказала Натали Баталья, профессор астрономии и астрофизики из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и соавтор исследования. — Данные такого рода меняют правила игры».
Результаты исследования атмосферы WASP-39 b подробно изложены в пяти новых научных работах, три из которых уже прошли рецензирование, а две находятся на рассмотрении.
Среди беспрецедентных открытий — первое в истории обнаружение в атмосфере экзопланеты диоксида серы (SO2), молекулы, которая образуется в результате химических реакций, запускаемых высокоэнергетическим светом от родительской звезды WASP-39 b. Защитный озоновый слой Земли в верхних слоях атмосферы создается аналогичным образом.
«Впервые мы видим конкретные доказательства фотохимии — химических реакций, инициированных звездным светом, — на экзопланетах, — прокомментировал открытие Шан-Мин Цай, исследователь из Оксфордского университета в Великобритании и ведущий автор статьи, объясняющей происхождение диоксида серы в атмосфере WASP-39 b. — Я считаю это действительно многообещающей перспективой для развития нашего понимания атмосфер экзопланет с помощью этой миссии [NASA «Джеймс Уэбб»]».
Открытие «Джеймса Уэбба» привело к появлению научной работы, в которой ученые описывают процедуру применения компьютерных моделей фотохимии к полученным данным. Это, как утверждают исследователи, усовершенствует моделирование и позволит создать технологическое ноу-хау для интерпретации потенциальных признаков обитаемости того или иного мира.
«Планеты формируются и трансформируются, вращаясь по орбите в радиационной ванне родительской звезды, — добавила Баталья. — На Земле эти преобразования позволяют жизни процветать».
Близость WASP-39 b к своей звезде — в восемь раз ближе, чем Меркурий к Солнцу — также делает эту пару природной лабораторией для изучения влияния звездного излучения на экзопланеты. Углубленные знания о связи между звездами и планетами позволят лучше понять, как все это предопределяет разнообразие планет, наблюдаемых в Млечном Пути.
Изучение атмосферы WASP-39 b
Чтобы исследовать атмосферу WASP-39 b, «Джеймс Уэбб» дождался, когда экзопланета пройдет перед своим светилом, позволяя части звездного света профильтроваться через планетную атмосферу. Как известно, различные типы атмосферных химических веществ поглощают разные цвета спектра звездного света, поэтому отсутствующие цвета подсказывают астрономам, какие молекулы присутствуют в атмосфере экзопалнеты.
Кроме диоксида серы «Джеймс Уэбб» обнаружил натрий (Na), калий (K) и водяной пар (H2O), что совпадает с данным от других космических и наземных телескопов. Кроме того, были обнаружены дополнительные отпечатки воды в более длинных волнах, которые не были замечены ранее. «Джеймс Уэбб» также наблюдал двуокись углерода (CO2) с более высоким разрешением, предоставив в два раза больше данных, чем было получено в ходе предыдущих наблюдений. Между тем, был обнаружен монооксид углерода (CO), но явные признаки метана (CH4) и сероводорода (H2S) в данных отсутствовали. Если эти молекулы и есть в атмосфере WASP-39 b, то на очень низких уровнях.
Чтобы получить такой широкий спектр атмосферы WASP-39 b, международная команда, насчитывающая несколько сотен человек, независимо друг от друга проанализировала данные четырех режимов работы приборов телескопа с максимально точной калибровкой.
«Мы предсказывали, что он [телескоп] нам покажет, но результаты оказались более точными, более разнообразным и более красивым, чем я предполагала», — сказала Ханна Уэйкфорд, астрофизик из Бристольского университета (Великобритания), изучающая атмосферы экзопланет.
Наличие настолько полного списка химических ингредиентов в атмосфере WASP-39 b также позволяет ученым получить представление об изобилии различных элементов по отношению друг к другу, например, о соотношении углерода к кислороду или калия к кислороду. Это, в свою очередь, позволяет понять, как эта экзопланета — и, возможно, другие — сформировалась из диска газа и пыли, окружавшего родительскую звезду на раннем этапе ее развития.
Химический состав WASP-39 b указывает на историю многочисленных столкновений и слияний более мелких тел, называемых планетезималями, для порождения в конечном итоге планеты-голиафа.
«Обилие серы по сравнению с водородом указывает на то, что планета предположительно пережила значительную аккрецию планетезималей, которые могли доставить эти ингредиенты в атмосферу, — сказал Казумаса Оно, исследователь экзопланет из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, который работал с данными «Джеймса Уэбб». — Данные также показывают, что кислорода в атмосфере гораздо больше, чем углерода. Это косвенно указывает на то, что WASP-39 b сформировалась вдали от центральной звезды».
Инструменты «Джеймса Уэбба» очень точно проанализировали атмосферу экзопланеты, превзойдя ожидания ученых. Это говорит о том, что нас ждут исследования атмосфер различных классов экзопланет.
