Телескоп Джеймс Уэбб нашел метан и углекислый газ в атмосфере гигантской экзопланеты HATS-75 b

Астрономы из Университета Джонса Хопкинса (JHU) под руководством Резы Аштари с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) обнаружили, что атмосфера гигантской экзопланеты HATS-75 b содержит метан и диоксид углерода, тогда как вода не была найдена из-за вырождения данных. Исследование также выявило влияние звездной неоднородности (холодных пятен на родительской звезде), которое искажает спектр пропускания. Результаты наблюдений были опубликованы на сервере препринтов arXiv.

Новое исследование экзопланеты HATS-75 b, проведенное при помощи телескопа JWST, существенно расширяет понимание атмосфер этого редкого класса небесных тел. Планета HATS-75 b была открыта в 2021 году сетью автоматических телескопов HATSouth и спутником TESS.

Она представляет собой газового гиганта, обращающегося вокруг тусклой звезды типа M-карлика (красный карлик) на расстоянии около 637 световых лет от Земли. Радиус планеты составляет 0,88 радиуса Юпитера, а ее масса примерно вдвое меньше юпитерианской. Орбитальный период HATS-75 b чрезвычайно короткий, всего 2,79 земных суток, а дистанция до родительской звезды не превышает 0,03 астрономических единицы, из-за чего равновесная температура атмосферы достигает 772 Кельвинов.

Сама звезда HATS-75 примерно на 40 процентов меньше и легче Солнца, ее эффективная температура составляет 3790 К, а металличность оценивается в 0,52 dex. Возраст системы удивляет — от 10 до 13 миллиардов лет, что делает ее очень древней по астрономическим меркам.

HATS-75 b входит в немногочисленную группу из примерно тридцати гигантских экзопланет, известных как GEMS (Giant Exoplanets around M-dwarf Stars). Ученые из Университета Джонса Хопкинса и других учреждений решили повторно исследовать эту планету с помощью спектрографа NIRSpec на борту JWST.

Главной целью было не только уточнить химический состав атмосферы, но и понять, как неоднородности самой звезды (например, холодные пятна) влияют на интерпретацию транзитных спектров. При анализе спектра пропускания астрономы обнаружили аномалию: на более коротких длинах волн глубина транзита оказалась несколько выше ожидаемой. Это может указывать на два возможных объяснения: наличие плотной дымки в атмосфере планеты либо эффект загрязнения от холодных звездных пятен, расположенных вне хорды транзита (так называемый эффект источника света при транзите, TLS).

Исследователи склоняются к сценарию звездного загрязнения. В рамках этой модели в спектре пропускания были получены убедительные доказательства присутствия метана (CH₄), умеренные доказательства наличия диоксида углерода (CO₂) и слабые свидетельства в пользу монооксида углерода (CO). При этом вода (H₂O) не была обнаружена из-за вырождения параметров, вызванного инструментальными эффектами и особенностями обработки данных.

Такой химический набор говорит о том, что атмосфера HATS-75 b обладает субсолнечной металличностью и повышенным отношением углерода к кислороду по сравнению с Солнцем. Гипотеза о чисто дымчатой атмосфере, хотя формально и объясняет наблюдаемый спектр, была отвергнута командой на основе независимых косвенных признаков, связанных с пересечением звездных пятен во время транзитов.

Таким образом, HATS-75 b пополняет редкую популяцию гигантских планет возле красных карликов, изученных с помощью JWST. Главный вывод работы заключается в том, что звездное загрязнение (холодные пятна на поверхности тусклой звезды) может имитировать или маскировать истинный химический состав атмосферы, и его обязательный учет критически важен для правильной интерпретации спектров пропускания.

Благодаря такому тщательному анализу ученые выявили метан и углекислый газ, но не нашли воду, что указывает на необычный химический режим на этой древней и горячей гигантской экзопланете.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях