Нове дослідження, проведене міжнародною групою астрономів, з використанням даних космічного телескопа NASA/ESA/CSA Джеймса Вебба щодо K2-18 b, екзопланети в 8,6 разів масивнішої за Землю, виявило наявність молекул, що містять вуглець, зокрема метан і двоокис вуглецю.
Це відкриття доповнює недавні дослідження, які припускають, що K2-18 b може бути гікеанною екзопланетою (гіпотетичний клас екзопланет, що належать типу планет-океанів), яка потенційно може володіти багатою воднем атмосферою та поверхнею, вкритою водним океаном.
Перше розуміння атмосферних властивостей цієї екзопланети, придатної для життя, було отримано завдяки спостереженням за допомогою космічного телескопа NASA/ESA Hubble, що спонукало до подальших досліджень, які з тих пір змінили розуміння системи. Нові спостереження були зроблені за допомогою канадського інструменту NIRISS і європейського NIRSpec на борту космічного телескопа Джеймса Вебба.
K2-18 b обертається навколо холодної карликової зірки K2-18 у зоні життя і знаходиться на відстані 120 світлових років від Землі в сузір’ї Лева. Такі екзопланети, як K2-18 b, які мають розміри між Землею та Нептуном, не схожі ні на що в нашій Сонячній системі. Відсутність аналогічних найближчих планет означає, що ці «субнептуни» погано вивчені, а природа їхніх атмосфер є предметом активних дебатів між астрономами. Припущення, що субнептун K2-18 b може бути гікеанною екзопланетою, інтригує, оскільки деякі астрономи вважають, що ці світи є перспективним середовищем для пошуку доказів існування життя на екзопланетах.
Велика кількість метану і вуглекислого газу, а також нестача аміаку підтверджують гіпотезу про те, що під багатою на водень атмосферою на K2-18 b може бути океан. Ці початкові спостереження Вебба також забезпечили можливе виявлення молекули під назвою диметилсульфід (ДМС). На Землі це виробляється лише життям. Основна частина ДМС в атмосфері Землі викидається з фітопланктону в морському середовищі.
Знайдений ДМС менш стійкий і потребує подальшої перевірки. «Майбутні спостереження Вебба зможуть підтвердити, чи справді DMS присутній в атмосфері K2-18 b на значних рівнях», — пояснив Нікку Мадхусудхан, астроном з Кембриджського університету та провідний автор статті, яка оголошує ці результати.
Незважаючи на те, що K2-18 b знаходиться в зоні життя і тепер відомо, що він містить молекули, що містять вуглець, це не обов’язково означає, що на планеті може існувати життя. Великі розміри планети – її радіус у 2,6 рази перевищує радіус Землі – означає, що всередині планети, ймовірно, міститься велика мантія льоду під високим тиском, як у Нептуна, але з тоншою багатою воднем атмосферою та поверхнею океану. Передбачається, що гікеанні світи матимуть океани води. Однак також можливо, що океан занадто гарячий, щоб бути придатним для життя або бути рідким.
«Хоча таких планет не існує в нашій Сонячній системі, субнептуни є найпоширенішим типом планет, відомих на даний момент у галактиці», — пояснив член групи Субхаджіт Саркар з Кардіффського університету. «Ми отримали найдетальніший на сьогоднішній день спектр субнептунової зони, придатної для життя, і це дозволило нам визначити молекули, які існують в його атмосфері».
Характеристика атмосфер екзопланет, таких як K2-18 b, тобто ідентифікація їх газів і фізичних умов, є дуже активною областю астрономії. Однак ці планети буквально затьмарені блиском своїх набагато більших батьківських зірок, що робить дослідження атмосфер екзопланет особливо складним.
Команда обійшла цю проблему, проаналізувавши світло від материнської зірки K2-18 b, коли воно проходило крізь атмосферу екзопланети. K2-18 b є транзитною екзопланетою, що означає, що ми можемо помітити падіння яскравості, коли вона проходить через диск своєї головної зірки. Так була вперше відкрита ця екзопланета. Це означає, що під час транзиту мізерна частка зоряного світла пройде крізь атмосферу екзопланети, перш ніж досягне таких телескопів, як Вебб. Прохід зоряного світла через атмосферу екзопланети залишає сліди, які астрономи можуть проаналізувати, щоб визначити гази в атмосфері екзопланети.
«Цей результат став можливим лише завдяки розширеному діапазону довжин хвиль і безпрецедентній чутливості Вебба, який забезпечив надійне виявлення спектральних особливостей лише двома проходами», — продовжив Мадхусудхан. «Для порівняння, одне транзитне спостереження за допомогою Вебба забезпечило порівнянну точність з вісьмома спостереженнями за допомогою Хаббла, які проводилися протягом кількох років і у відносно вузькому діапазоні довжин хвиль».
«Ці результати є продуктом лише двох спостережень за K2-18 b, і ще багато інших попереду», — пояснив член команди Саввас Константіну з Кембриджського університету. «Це означає, що наша робота тут лише рання демонстрація того, що Вебб може спостерігати на екзопланетах зони життя».
Тепер команда має намір провести подальші дослідження за допомогою спектрографа MIRI (Mid-InfraRed Instrument) телескопа, який, як вони сподіваються, підтвердить їхні висновки та дасть нове розуміння умов навколишнього середовища на K2-18 b.
«Наша кінцева мета — виявлення життя на придатній для життя екзопланеті, що змінить наше розуміння нашого місця у Всесвіті», — підсумував Мадхусудхан. «Наші відкриття є багатообіцяючим кроком до глибшого розуміння гікейських світів у цьому пошуку».
