NASA / ESA / CSA / Dani Player, STScI
- Источник:
Художественное представление об экзопланете TOI-421b, находящейся ниже Нептуна
Субнептуны — это экзопланеты, у которых нет аналогов в Солнечной системе. Они намного меньше газовых гигантов и, как правило, холоднее экзопланет типа «горячий Юпитер». До запуска космического телескопа «Джеймс Уэбб» за этими мирами было очень сложно наблюдать. Многие субнептуны скрыты облаками и дымкой, которые мешают определить состав их атмосферы. Теперь же астрономы с помощью «Уэбба» сняли спектр пропускания субнептуновой планеты TOI-421b и определили химический состав ее атмосферы.
TOI-421 — звезда солнечного типа, расположенная примерно в 245 световых годах от нас в созвездии Зайца. Также известная как BD-14 1137, звезда существует около 10 миллиардов лет и содержит по меньшей мере две массивные экзопланеты.
Внутренняя планета, TOI-421b, является субнептуном с радиусом 2,65 радиуса Земли и, в частности, высокой равновесной температурой 647 градусов по Цельсию.
«До Уэбба у ученых было очень мало информации о субнептунах», — сказал астроном из Университета Мэриленда Брайан Дэвенпорт и его коллеги.
Хотя они в несколько раз больше Земли, эти планеты все равно намного меньше газовых гигантов и, как правило, холоднее горячих Юпитеров, что делает их гораздо более сложными для наблюдения, чем их собратьев-гигантов.
Ключевым открытием, сделанным до запуска «Уэбба», было то, что большинство атмосфер, расположенных ниже Нептуна, имели плоские или однообразные спектры пропускания.
Это означает, что когда ученые наблюдали спектр планеты, когда она проходила перед своей звездой, вместо спектральных особенностей — химических «отпечатков», которые позволили бы определить состав атмосферы, — они увидели только сплошной спектр.
На основании всех этих плоских спектров они пришли к выводу, что по крайней мере некоторые субнептуновые планеты, вероятно, были сильно скрыты либо облаками, либо дымкой.
«Почему мы наблюдали за этой планетой, TOI-421b? Потому что мы думали, что, возможно, на ней не будет облаков», — сказала астроном из Мэрилендского университета Элиза Кемптон.
И причина в том, что были некоторые предыдущие данные, которые указывали на то, что, возможно, планеты в определенном температурном диапазоне были менее окутаны дымкой или облаками, чем другие.
Этот температурный порог составляет около 577 градусов по Цельсию. При более низких температурах, как предположили ученые, между солнечным светом и метаном происходит сложный набор фотохимических реакций, которые вызывают задымление. Но на более горячих планетах не должно быть метана, а значит, и задымления.
Температура TOI-421b составляет около 727 градусов по Цельсию, что значительно выше предполагаемого порога.
Спектр пропускания субнептуновой планеты TOI-421b указывает на присутствие воды, а также на возможное присутствие диоксида серы и угарного газа, но не указывает на наличие углекислого газа или метана
- Источник:
NASA / ESA / CSA / Joseph Olmsted, STScI
Без дымки и облаков астрономы ожидали увидеть прозрачную атмосферу — и они ее увидели.
«Мы увидели спектральные особенности, которые мы связываем с различными газами, и это позволило нам определить состав атмосферы. В отличие от многих других субнептунов, которые наблюдались ранее, мы знаем, что их атмосфера состоит из чего-то, но она скрыта дымкой», — сказал Дэвенпорт.
Исследователи обнаружили в атмосфере TOI-421b водяной пар, а также предположительные следы угарного газа и диоксида серы. Кроме того, они не обнаружили такие молекулы, как метан и углекислый газ.
Исходя из этих данных, они также могут сделать вывод, что в атмосфере планеты содержится большое количество водорода. Облегченная водородная атмосфера стала большим сюрпризом для ученых.
«Недавно мы пришли к выводу, что первые несколько субнептунов, обнаруженных Уэббом, имеют атмосферу из тяжелых молекул, поэтому мы ожидали именно этого, но обнаружили обратное. Это позволяет предположить, что TOI-421b могла сформироваться и эволюционировать иначе, чем более холодные субнептуны, наблюдавшиеся ранее», — сказал доктор Кемптон.
Атмосфера, в которой преобладает водород, также интересна тем, что она повторяет состав звезды-хозяина TOI-421b.
«Если бы вы взяли тот же газ, из которого состоит звезда, поместили его в атмосферу планеты и охладили до гораздо более низкой температуры, чем на этой планете, вы бы получили такое же сочетание газов».
Этот процесс больше похож на то, что происходит с гигантскими планетами в нашей Солнечной системе, и он отличается от других субнептунов, которые до сих пор наблюдались с помощью «Уэбб»».
Ранее космическому телескопу «Джеймс Уэбб» впервые в истории удалось сделать снимок полярных сияний на Нептуне.
Статья команды была в Astrophysical Journal Letters.
