Телескоп Джеймс Уэбб подробно показал атмосферу экзопланеты WASP-39 b
Космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) получил подробный молекулярный и химический портрет неба далекой экзопланеты.
Высокочувствительные инструменты телескопа была направлена на атмосферу «горячего Сатурна» — планеты примерно такой же массы, как и Сатурн, известной под именем WASP-39 b, которая находится на расстоянии около 700 световых лет от Земли.
В то время как JWST и другие космические телескопы, в том числе Хаббл и Спитцер, ранее выявляли отдельные компоненты атмосферы этой планеты, новые данные дают полный состав атомов, молекул и даже признаков активной химии и облаков.
«Четкость сигналов от ряда различных молекул в данных поразительна», — говорит астроном Мерседес Лопес-Моралес. «Мы предсказывали, что увидим многие из этих сигналов, но тем не менее, когда я впервые увидел данные, я был в восторге».
Последние данные также дают представление о том, как облака на экзопланетах могут выглядеть вблизи: разорванными, а не единым однородным покрывалом над планетой.
Полученные данные служат хорошим предзнаменованием способности JWST проводить широкий спектр исследований экзопланет — планет вокруг других звезд, — на которые надеялись ученые. Это включает в себя исследование атмосфер небольших каменистых планет, подобных тем, что находятся в системе TRAPPIST-1.
Открытия подробно описаны в наборе из пяти недавно представленных научных статей, доступных на сайте препринтов arXiv. Среди беспрецедентных открытий — первое обнаружение в атмосфере экзопланеты диоксида серы, молекулы, полученной в результате химических реакций, вызванных высокоэнергетическим светом родительской звезды планеты. На Земле аналогичным образом создается защитный озоновый слой в верхних слоях атмосферы.
«Неожиданное обнаружение диоксида серы окончательно подтверждает, что фотохимия формирует климат «горячих Сатурнов», — говорят ученые. «Климат Земли также формируется фотохимией, поэтому наша планета имеет больше общего с «горячими Сатурнами», чем мы думали раньше».
При предполагаемой температуре 870 градусов по Цельсию и атмосфере, состоящей в основном из водорода, WASP-39 b не считается пригодным для жизни.
Длины волн, которые преимущественно поглощаются атмосферой, проявляются в виде пиков в спектре пропускания. Синяя линия — это наиболее подходящая модель, учитывающая известные свойства WASP-39 b и ее звезды (например, размер, массу, температуру) и предполагаемые характеристики атмосферы.
Исследователи могут варьировать параметры модели — изменяя неизвестные характеристики, такие как высота облаков в атмосфере и содержание различных газов, — чтобы получить лучшее соответствие и понять, на что на самом деле похожа атмосфера. В верхнем левом углу данные NIRISS показывают отпечатки калия (K), воды (H2O) и окиси углерода (CO). В правом верхнем углу данные NIRCam показывают заметную водную сигнатуру. Внизу слева данные NIRSpec указывают на воду, диоксид серы (SO2), диоксид углерода (CO2) и монооксид углерода (CO). В правом нижнем углу дополнительные данные NIRSpec показывают все эти молекулы, а также натрий (Na). Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA.
Экзопланету сравнивают как с Сатурном, так и с Юпитером, с массой, подобной Сатурну, но общим размером, как у Юпитера. Но новая работа указывает путь к поиску доказательств потенциальной жизни на обитаемой планете.
Близость планеты к своей родительской звезде — в восемь раз ближе, чем Меркурий к нашему Cолнцу — также делает ее лабораторией для изучения воздействия излучения родительских звезд на экзопланеты. Лучшее знание связи между звездой и планетой должно привести к более глубокому пониманию того, как эти процессы создают разнообразие планет, наблюдаемых в галактике.
Другие компоненты атмосферы, обнаруженные JWST, включают в себя натрий, калий и водяной пар, подтверждая предыдущие наблюдения с помощью космических и наземных телескопов, а также обнаруживая дополнительные особенности воды на более длинных волнах, которые раньше не наблюдались.
JWST также видел углекислый газ с более высоким разрешением, предоставив вдвое больше данных, чем сообщалось в его предыдущих наблюдениях. При этом был обнаружен угарный газ, но в данных отсутствовали явные признаки как метана, так и сероводорода.
Если они присутствуют, эти молекулы встречаются на очень низких уровнях, что является важным открытием для ученых, изучающих химию экзопланет, чтобы лучше понять формирование и развитие этих далеких миров.
Чтобы увидеть свет от WASP-39 b, JWST отслеживал планету, когда она проходила перед своей звездой, позволяя части света звезды фильтроваться через атмосферу планеты. Различные типы химических веществ в атмосфере поглощают разные цвета спектра звездного света, поэтому недостающие цвета говорят астрономам, какие молекулы присутствуют.
Благодаря такому точному анализу атмосферы экзопланеты, инструменты JWST превзошли ожидания ученых и обещают новый этап исследований среди широкого разнообразия экзопланет в галактике.
Теперь астрономы с нетерпением ждут возможности увидеть, что находится в атмосферах маленьких планет земной группы, подобных планетам в системе TRAPPIST-1.