Содержание
Впервые астрономы с помощью космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» смогли заглянуть в густую дымку атмосферы субнептуновой планеты, что позволило получить новые сведения об одном из самых загадочных и распространенных типов миров во Вселенной.
Субнептуны, возможно, являются самым распространенным типом экзопланет, но их плотная атмосфера затрудняет наблюдение. Теперь, благодаря крупному плану экзопланеты TOI-421 b, полученному с помощью JWST, ученые наконец-то получили возможность хорошо рассмотреть эти малые газовые планеты.
Непостижимые субнептуны
«Я ждала этого всю свою карьеру — момента, когда «Уэбб» позволит нам по-настоящему изучить атмосферы этих небольших планет», — сказала главный исследователь Элиза Кемптон из Университета Мэриленда в Колледж-Парке. «Изучая их атмосферы, мы лучше понимаем, как формировались и развивались субнептуны, и в том числе понимаем, почему их нет в нашей Солнечной системе».
Субнептуны, как и чёрные дыры, стали астрономическим открытием, которое не было предсказано теорией, а было обнаружено только благодаря наблюдениям. Космический телескоп «Кеплер», запущенный в 2009 году и работавший до 2018 года, впервые позволил астрономам увидеть такие планеты. Этот относительно недавно открытый тип экзопланет оказался чрезвычайно распространённым, что заставило учёных искать причины их возникновения и повсеместного присутствия. Главной проблемой в поиске ответов было то, что у исследователей почти не было данных об этих труднонаблюдаемых планетах.
Субнептуны в несколько раз больше Земли, но всё же меньше газовых гигантов и, как правило, холоднее. Кроме того, учёные не могли использовать стандартные методы спектрального анализа, поскольку спектры субнептунов оказались плоскими и бесструктурными, что не давало данных для определения состава их атмосферы. Это указывало на плотное облачное покрытие неизвестного состава.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» наблюдает TOI-421 b
«Почему мы наблюдали эту планету, TOI-421 b? Потому что мы думали, что, возможно, на ней не будет дымки», — сказала Кемптон. «А причина в том, что ранее были получены данные, которые указывали на то, что планеты в определенном температурном диапазоне менее окутаны дымкой или облаками, чем другие».
Исследователи считают, что солнечный свет и метан создают непроницаемую дымку в результате сложных фотохимических реакций, происходящих на экзопланетах с температурой ниже 576 °С. Температура TOI-421 b значительно превышает этот порог — 726 °С, в результате чего метан рассеивается и образуется прозрачная атмосфера, наблюдаемая космическим телескопом «Джеймс Уэбб».
«Мы увидели спектральные особенности, которые мы приписываем различным газам, и это позволило нам определить состав атмосферы», — говорит Брайан Дэвенпорт из Университета Мэриленда, аспирант третьего года обучения, который провел первичный анализ данных. «В то время как многие другие субнептуны, которые наблюдались ранее, мы знаем, что их атмосферы состоят из чего-то, но они заслонены дымкой».
Спектральные данные «Джеймса Уэбба»
Спектральный анализ показал наличие в атмосфере TOI-421 b водяного пара, а также потенциальных признаков окиси углерода и двуокиси серы. Примечательно, что отсутствовали какие-либо признаки метана или углекислого газа, что, по-видимому, указывает на удивительное обилие водорода.
«Недавно мы решили, что у первых субнептунов, замеченных «Уэббом», атмосферы состоят из тяжелых молекул, и это стало нашим ожиданием, а потом мы обнаружили обратное», — сказала Кемптон.
Понимание субнептунов
Все эти особенности, противоречащие стандартным ожиданиям относительно субнептуна, только добавляют загадочности этим планетам, поскольку астрономы пытаются разгадать, почему TOI-421 b так уникальна. Ученые предполагают, что эта странная планета формировалась и развивалась необычно для субнептуна. Особенно интересно то, как богатая водородом атмосфера экзопланеты отражает состав ее звезды-хозяина.
«Если бы вы просто взяли тот же газ, из которого состоит звезда-хозяин, поместили его поверх атмосферы планеты и поместили при гораздо более низкой температуре этой планеты, то получили бы ту же самую комбинацию газов. Этот процесс больше соответствует гигантским планетам в нашей Солнечной системе и отличается от других субнептунов, которые наблюдались с помощью «Уэбба» до сих пор», — сказала Кемптон.
Сама планета — не единственное, что необычно горячее в TOI-421 b. Большинство субнептунов вращаются вокруг относительно небольших и холодных красных карликовых звезд, в то время как TOI-421 b обращается вокруг более крупной и горячей звезды, похожей на земное Солнце. В дальнейшем астрономы надеются наблюдать больше таких горячих субнептунов и их звезд, похожих на Солнце, чтобы определить, насколько распространена такая пара.
«Мы открыли новый способ взглянуть на эти субнептуны», — говорит Дэвенпорт. «Эти высокотемпературные планеты поддаются описанию. Поэтому, рассматривая субнептуны с такой температурой, мы, возможно, ускорим процесс получения знаний об этих планетах».
Читайте все последние новости астрономии на New-Science.ru