Среди множества экзопланет, открытых за пределами нашей Солнечной системы, особое место занимают так называемые суб-Нептуны. Это небольшие газовые планеты, по размеру больше Земли, но меньше Нептуна. Хотя они не встречаются в нашей системе, по данным астрономов, они являются самым распространённым типом экзопланет в нашей галактике. Тем не менее, долгое время эти тела оставались практически не изученными из-за особенностей их атмосфер — плотных, мутных и скрытых от прямого наблюдения.
Теперь же, благодаря возможностям космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), учёные получили уникальную возможность по-настоящему заглянуть в атмосферу одного из таких миров — экзопланеты TOI-421 b. Результаты исследований опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters 5 мая. Работа проводилась при участии NASA, а также Европейского (ESA) и Канадского (CSA) космических агентств.
TOI-421 b — это экзопланета, расположенная примерно в 243 световых годах от Земли, вращающаяся вокруг звезды, аналогичной нашему Солнцу. Температура на этой планете составляет около 727 °C. Это выше порогового значения, при котором, как полагают учёные, в атмосфере начинают формироваться плотные фотохимические туманы. Ниже этого порога метан вступает в реакцию с солнечным светом, образуя дымку, которая затрудняет спектроскопические наблюдения. TOI-421 b — горячая планета, и исследователи надеялись, что его атмосфера будет прозрачнее.
Что показали данные телескопа Уэбба
Эти ожидания оправдались. Впервые для суб-Нептуна JWST зафиксировал отчётливые спектральные линии — «химические отпечатки» веществ, из которых состоит атмосфера. В данных спектроскопии были чётко видны признаки водяного пара, а также предположительные следы угарного газа (CO) и диоксида серы (SO₂). Напротив, метан (CH₄) и углекислый газ (CO₂) обнаружены не были, что подтверждает гипотезу о температурной границе для образования туманов.
Ещё одним неожиданным открытием стало преобладание лёгкого водорода в атмосфере TOI-421 b. Это резко контрастирует с другими суб-Нептунами, у которых ранее фиксировались более тяжёлые молекулы. Более того, состав атмосферы удивительно напоминает состав звезды-хозяина, как если бы атмосфера экзопланеты сформировалась из того же материала, что и её звезда. Такое сходство характерно для газовых гигантов вроде Юпитера, а не для суб-Нептунов.
Ключ к пониманию экзопланет
«Я ждала всю свою карьеру запуска телескопа Уэбба, чтобы мы наконец смогли по-настоящему изучать атмосферы этих меньших планет», — говорит руководитель исследования Элайза Кемптон из Университета Мэриленда. Благодаря высокой чувствительности телескопа, можно не только различать спектральные линии, но и анализировать химический состав атмосфер с беспрецедентной точностью. Это может стать разгадкой происхождения этих экзопланет, их эволюции и того, почему такие планеты не образовались в нашей Солнечной системе.
TOI-421 b может быть либо исключением, либо представителем целого класса горячих суб-Нептунов у звёзд солнечного типа. Чтобы понять это, исследователи планируют наблюдать другие планеты с похожими характеристиками.
«Мы открыли новый способ взглянуть на эти суб-Нептуны», — говорит один из участников команды, аспирант Брайан Давенпорт. TOI-421 b стал ключом к двери, за которой скрывается понимание природы самых массовых обитателей других планетных систем.
