В атмосфере экзопланеты размером с Юпитер обнаружены вода, метан и аммиак

Космический телескоп Джеймс Уэбб продолжает удивлять ученых новыми открытиями в области изучения экзопланет. Международная группа астрофизиков под руководством Джаннины Гусман Калоки из Университета Мэриленда и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА представила детальный анализ атмосферы далекого мира HATS-6 b. Результаты этого исследования раскрывают уникальный химический состав планеты, вращающейся вокруг тусклой звезды класса М. Ученые обнаружили в ее атмосфере водяной пар, метан и аммиак, что делает этот объект важной вехой в поиске и изучении планет за пределами Солнечной системы. Статья принята к публикации в Aj.

HATS-6 b представляет собой газового гиганта размером с Юпитер, но обладающего значительно меньшей массой, сравнимой с Сатурном. Этот мир обращается вокруг своей родительской звезды на очень близком расстоянии, совершая полный оборот всего за три дня. Однако, в отличие от многих других горячих юпитеров, эта планета является относительно теплой, поскольку ее звезда-хозяин относится к холодным и тусклым красным карликам.

Температура на поверхности планеты, по расчетам, достигает примерно 700 градусов Кельвина, что значительно прохладнее, чем у большинства известных газовых гигантов, которые часто раскалены до тысяч градусов. Такие условия делают HATS-6 b идеальным кандидатом для изучения химии планет, чья атмосфера кардинально отличается от атмосфер их более горячих собратьев.

В ходе исследования ученые использовали данные, собранные за два транзита планеты по диску своей звезды, с помощью спектрографа NIRSpec, работающего в режиме PRISM. Этот инструмент позволяет разложить свет, прошедший через атмосферу экзопланеты, на спектр, который несет информацию о ее химическом составе. Проведя тщательный анализ с использованием передовых методов моделирования и обработки данных, исследователи пришли к неожиданным выводам. Атмосфера HATS-6 b оказалась значительно беднее тяжелыми элементами, чем предполагалось, с содержанием металлов, которое ниже солнечного. Кроме того, отношение углерода к кислороду в атмосфере также оказалось ниже солнечного, что указывает на уникальные условия формирования и эволюции этого мира.

Одним из самых значимых открытий стало надежное обнаружение в атмосфере планеты молекул воды, метана и аммиака. В то время как вода и метан являются сравнительно распространенными компонентами в атмосферах газовых гигантов, обнаружение аммиака представляет особую ценность. Это одно из немногих на сегодняшний день надежных подтверждений присутствия этого соединения в атмосфере экзопланеты, полученных методом транзитной спектроскопии.

Присутствие метана и аммиака, особенно в сочетании с низкой металличностью и низким содержанием углерода, указывает на то, что химия в атмосфере HATS-6 b определяется процессами, сильно отличающимися от тех, что мы наблюдаем у более горячих юпитеров. В этих более холодных условиях, где температура не превышает 1000 Кельвинов, углерод преимущественно связывается в метан, а не в угарный газ, а азот присутствует в виде аммиака.

Однако исследование также выявило ряд загадок. Ученые постоянно сталкивались с одной и той же аномалией: измеренная температура планеты оказалась значительно ниже теоретически предсказанной. Этот эффект сохранялся независимо от того, как обрабатывались данные или какие модели использовались для интерпретации.

Такое расхождение предполагает, что планета отражает гораздо больше света от своей звезды, чем можно было бы ожидать, то есть обладает высоким альбедо, сравнимым с альбедо Венеры. Это может указывать на наличие плотных облачных слоев или аэрозольной дымки в верхних слоях атмосферы. Интересно, что модели внутреннего строения планеты, в свою очередь, показали, что ее недра содержат в тысячи раз больше тяжелых элементов, чем атмосфера, что говорит о том, что состав атмосферы и глубин планеты не перемешан, подобно тому, как это происходит на Юпитере и Сатурне.

Кроме того, в спектре HATS-6 b была замечена избыточная особенность в районе трех микрон, которую не удалось полностью объяснить присутствием известных молекул. Ученые предположили, что ее причиной могут быть более сложные углеводороды, такие как этилен или циановодород, однако из-за сильной схожести спектральных линий различных органических соединений в этом диапазоне длин волн сделать однозначный вывод пока невозможно.

Авторы работы призывают к проведению дополнительных наблюдений, в частности, в более длинноволновом инфракрасном диапазоне, который способен различить эти сложные молекулы и, возможно, обнаружить минеральные облака. Дальнейшее изучение HATS-6 b поможет пролить свет на природу этого загадочного мира, а также на процессы формирования и эволюции планет-гигантов у холодных звезд, которые являются самыми распространенными звездами в нашей Галактике.

В результате проведенного исследования астрономы пришли к выводу, что атмосфера планеты HATS-6 b бедна металлами и имеет субсолнечное отношение углерода к кислороду, при этом в ней уверенно обнаружены вода, метан и аммиак. Однако значительно более низкая, чем ожидалось, температура планеты в сочетании с огромной разницей в металличности между ее атмосферой и недрами ставит перед учеными новые вопросы о физических и химических процессах, происходящих в этом далеком мире. Это исследование подчеркивает важность комплексного подхода к изучению экзопланет и необходимость дальнейших наблюдений для разгадки тайн этих уникальных объектов.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях