Ученые получили новые данные об атмосферах экзопланет

Наиболее обширное исследование химического состава атмосферы экзопланет на сегодняшний день выявило тенденции, которые бросают вызов современным теориям формирования планет и имеют значение для поиска воды в Солнечной системе и за ее пределами.

Команда исследователей, возглавляемая Кембриджским университетом, использовала атмосферные данные 19 экзопланет для получения подробных измерений их химических и термических свойств.

Экзопланеты в исследовании охватывают широкий диапазон размеров — от «мини-нептунов» с массой почти в 10 масс Земли до «супер-юпитеров» с массой более чем 600 масс Земли — и с температурами от 20°С до более чем 2000°С.

Как и планеты-гиганты в нашей солнечной системе, их атмосфера богата водородом, но они вращаются вокруг различных типов звезд.

Исследователи обнаружили, что, хотя водяной пар является обычным явлением в атмосферах многих экзопланет, его количество было на удивление ниже ожидаемого, тогда как количество других элементов, обнаруженных на некоторых планетах, соответствовало ожиданиям.

Результаты, которые являются частью пятилетней исследовательской программы по химическому составу атмосфер планет за пределами нашей солнечной системы, сообщаются в Astrophysical Journal Letters.

«Мы видим первые признаки химических структур во внеземных мирах, и мы видим, насколько разнообразными они могут быть с точки зрения их химического состава», — сказал руководитель проекта доктор Никку Мадхусудхан из Института астрономии в Кембридже.

В нашей солнечной системе количество углерода относительно водорода в атмосферах планет-гигантов значительно выше, чем у Солнца. Считается, что это «сверхсолнечное» изобилие возникло, когда формировались планеты, и большое количество льда, камней и других частиц было доставлено на планету в процессе, называемом аккрецией.

Было предсказано, что содержание других элементов в атмосферах гигантских экзопланет будет таким же высоким, особенно кислорода, который является наиболее распространенным элементом во вселенной после водорода и гелия.

Это означает, что вода, являющаяся доминирующим носителем кислорода, также, как ожидается, будет в избытке в таких атмосферах.

Исследователи использовали обширные спектроскопические данные космических и наземных телескопов, включая космический телескоп Хаббл, космический телескоп Spitzer, телескоп VLT в Чили и Gran Telescopio Canarias в Испании.

Диапазон доступных наблюдений, наряду с подробными вычислительными моделями, статистическими методами и атомными свойствами натрия и калия, позволили исследователям получить оценки химического содержания в атмосферах экзопланет по всему образцу.

Ученые сообщили об присутствии водяного пара на 14 из 19 планет и при этом обилие натрия и калия на шести планетах. Кроме того, их результаты предполагают истощение кислорода относительно других элементов. «Невероятно видеть такое низкое содержание воды в атмосфере широкого спектра планет, вращающихся вокруг других звезд», — говорят исследователи.

Полученные результаты показывают, что больше нельзя предполагать, что различные химические элементы одинаково обширно присутствуют в атмосферах планет, что ставит под сомнение некоторые теоретические модели.

«Учитывая, что вода является ключевым ингредиентом нашего представления о обитаемости на Земле, важно знать, сколько воды можно найти в планетных системах за пределами нашей», — говорят исследователи.

L. Welbanks, N. Madhusudhan, N. Allard, et al. ‘Mass-Metallicity Trends in Transiting Exoplanets from Atmospheric Abundances of H2O, Na, and K.’ The Astrophysical Journal Letters (2019). DOI: 10.3847/2041-8213/ab5a89