Впервые обнаружен гелий в атмосфере экзопланеты

Астрономы, использующие космический телескоп НАСА Хаббл, обнаружили гелий в атмосфере экзопланеты WASP-107b. Это первый случай, когда этот элемент был обнаружен в атмосфере планеты вне Солнечной системы. Открытие демонстрирует способность использовать инфракрасные спектры для изучения экзопланетной расширенной атмосферы.

Международная команда астрономов во главе с Джессикой Спэйк, аспирантом Университета Эксетера в Великобритании, использовала широкополосную камеру 3 Hubble для обнаружения гелия в атмосфере экзопланеты WASP-107b.

Джессика Спэйк объясняет важность открытия: «Гелий является вторым по распространенности элементом во Вселенной после водорода. Он также является одним из основных компонентов планет Юпитера и Сатурна в нашей Солнечной системе. Однако до сих пор гелий не был обнаружен на экзопланетах — несмотря на его поиски».

Команда ученых сделала обнаружение, проанализировав инфракрасный спектр атмосферы WASP-107b. Предыдущие изучения экзопланетных атмосфер проводились путем изучения спектра на ультрафиолетовой и оптической длинах волн; эта работа демонстрирует, что экзопланетные атмосферы также могут быть изучены на более длинных волнах.

«Сильный сигнал от измеряемого гелия демонстрирует новую методику изучения верхних слоев атмосферы экзопланеты в более широком диапазоне», — говорит Спэйк. «Действующие методы, которые используют ультрафиолетовое излучение, ограничены ближайшими экзопланетами. Мы знаем, что существует гелий в верхней атмосфере Земли, и эта новая техника может помочь нам обнаружить атмосферы вокруг экзопланет, размером с Землю, что очень сложно с современной технологией».

WASP-107b — одна из самых низких по плотности планет: хотя она примерно того же размера, что и Юпитер, ее масса составляет только 12% массы Юпитера. Экзопланета находится на расстоянии около 200 световых лет от Земли и совершает оборот вокруг своей звезды менее чем за шесть дней.

Количество гелия, обнаруженного в атмосфере WASP-107b, настолько велико, что ее верхняя атмосфера должна простираться на десятки тысяч километров в космос.   Поскольку атмосфера настолько расширена, планета теряет значительное количество своих атмосферных газов в космос — от ~ 0,1-4% от общей массы ее атмосферы каждый миллиард лет.

Звездное излучение оказывает значительное влияние на скорость, с которой исчезает атмосфера планеты. Звезда WASP-107 очень активна, поддерживая атмосферные потери планеты. По мере того, как атмосфера поглощает излучение, она нагревается, поэтому газ быстро расширяется и ускоряется в космос.

Еще в 2000 году было предсказано, что гелий будет одним из наиболее легко обнаруживаемых газов на гигантских экзопланетах, но до сих пор его поиски не были успешны.

Больше информации: Helium in the eroding atmosphere of an exoplanet. Nature, 2018; 557 (7703): 68 DOI: 10.1038/s41586-018-0067-5