Серед численних екзопланет, відкритих за межами нашої Сонячної системи, особливе місце займають так звані суб-Нептуни. Це невеликі газові планети, за розміром більші за Землю, але менші за Нептун. Хоча вони не зустрічаються в нашій системі, за даними астрономів, вони є найпоширенішим типом екзопланет у нашій галактиці. Проте довгий час ці тіла залишалися практично не вивченими через особливості їх атмосфер — щільних, каламутних і прихованих від прямого спостереження.
Тепер же, завдяки можливостям космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), вчені отримали унікальну можливість по-справжньому заглянути в атмосферу одного з таких світів — екзопланети TOI-421 b. Результати досліджень опубліковані в журналі Astrophysical Journal Letters 5 травня. Робота проводилася за участі NASA, а також Європейського (ESA) та Канадського (CSA) космічних агентств.
TOI-421 b — це екзопланета, розташована приблизно за 243 світлових роки від Землі, що обертається навколо зірки, аналогічної нашому Сонцю. Температура на цій планеті становить близько 727 °C. Це вище порогового значення, при якому, як вважають вчені, в атмосфері починають формуватися щільні фотохімічні тумани. Нижче цього порогу метан вступає в реакцію з сонячним світлом, утворюючи димку, яка ускладнює спектроскопічні спостереження. TOI-421 b — гаряча планета, і дослідники сподівалися, що її атмосфера буде прозорішою.
Що показали дані телескопа Вебба
Ці очікування виправдалися. Вперше для суб-Нептуна JWST зафіксував чіткі спектральні лінії — «хімічні відбитки» речовин, з яких складається атмосфера. У даних спектроскопії були чітко видимі ознаки водяної пари, а також ймовірні сліди чадного газу (CO) та діоксиду сірки (SO₂). Навпаки, метан (CH₄) та діоксид вуглецю (CO₂) виявлені не були, що підтверджує гіпотезу про температурну межу для утворення туманів.
Ще однією несподіванкою стало переважання легкого водню в атмосфері TOI-421 b. Це різко контрастує з іншими суб-Нептунами, у яких раніше фіксувалися важчі молекули. Більше того, склад атмосфери дивовижно нагадує склад зірки-господаря, нібито атмосфера екзопланети сформувалася з того ж матеріалу, що і її зірка. Така схожість характерна для газових гігантів на кшталт Юпітера, а не для суб-Нептунів.
Ключ до розуміння екзопланет
«Я чекала всієї своєї кар'єри на запуск телескопа Вебба, щоб ми нарешті змогли по-справжньому вивчати атмосфери цих менших планет», — каже керівник дослідження Елайза Кемптон з Університету Меріленду. Завдяки високій чутливості телескопа можна не лише розрізняти спектральні лінії, а й аналізувати хімічний склад атмосфер з безпрецедентною точністю. Це може стати розгадкою походження цих екзопланет, їх еволюції та того, чому такі планети не утворилися в нашій Сонячній системі.
TOI-421 b може бути або винятком, або представником цілого класу гарячих суб-Нептунів у зірок сонячного типу. Щоб зрозуміти це, дослідники планують спостерігати інші планети з подібними характеристиками.
«Ми відкрили новий спосіб поглянути на ці суб-Нептуни», — каже один із учасників команди, аспірант Браян Давенпорт. TOI-421 b став ключем до дверей, за якими ховається розуміння природи наймасовіших мешканців інших планетних систем.
