Новое исследование, проведенное международной группой астрономов, с использованием данных космического телескопа NASA/ESA/CSA Джеймса Вебба относительно K2-18 b, экзопланеты в 8,6 раз массивнее Земли, выявило наличие углеродсодержащих молекул, в частности метан и двуокись углерода.
Это открытие дополняет недавние исследования, предполагающие, что K2-18 b может быть гикеанной экзопланетой (гипотетический класс экзопланет, принадлежащих типу планет-океанов), которая потенциально может обладать богатой водородом атмосферой и поверхностью, покрытой водным океаном. >
Первое понимание атмосферных свойств этой экзопланеты, пригодной для жизни, было получено благодаря наблюдениям с помощью космического телескопа NASA/ESA Hubble, что побудило к дальнейшим исследованиям, которые с тех пор изменили понимание системы. Новые наблюдения были сделаны с помощью канадского инструмента NIRISS и европейского NIRSpec на борту космического телескопа Джеймса Уэбба.
K2-18 b вращается вокруг холодной карликовой звезды K2-18 в зоне жизни и находится в 120 световых годах от Земли в созвездии Льва. Такие экзопланеты, как K2-18 b, имеющие размеры между Землей и Нептуном, не похожи ни на что в нашей Солнечной системе. Отсутствие подобных ближайших планет означает, что эти «субнептуны» плохо изучены, а природа их атмосфер является предметом активных дебатов между астрономами. Предположение, что субнептун K2-18 b может быть гикеанной экзопланетой, интригует, поскольку некоторые астрономы считают, что эти миры являются перспективной средой для поиска доказательств существования жизни на экзопланетах.
Большое количество метана и углекислого газа, а также недостаток аммиака подтверждают гипотезу о том, что под богатой водородом атмосферой на K2-18 b может быть океан. Эти начальные наблюдения ВЭББ также обеспечили возможное обнаружение молекулы под названием диметилсульфид (ДМС). На Земле это делается только жизнью. Основная часть ДМС в атмосфере Земли выбрасывается из фитопланктона в морской среде.
Найденный ДМС менее устойчив и требует дальнейшей проверки. «Предстоящие наблюдения Уэбба смогут подтвердить, действительно ли DMS присутствует в атмосфере K2-18 b на значительных уровнях», — объяснил Никку Мадхусудхан, астроном из Кембриджского университета и ведущий автор статьи, объявляющей эти результаты.
Несмотря на то, что K2-18 b находится в зоне жизни и теперь известно, что он содержит углеродсодержащие молекулы, это не обязательно означает, что на планете может существовать жизнь. Большие размеры планеты – ее радиус в 2,6 раза превышает радиус Земли – означает, что внутри планеты, вероятно, находится большая мантия льда под высоким давлением, как у Нептуна, но с более тонкой богатой водородом атмосферой и поверхностью океана. Предполагается, что гикеанные миры будут иметь океаны воды. Однако также возможно, что океан слишком горяч, чтобы быть пригодным для жизни или жидким.
«Хотя таких планет не существует в нашей Солнечной системе, субнептуны являются самым распространенным типом планет, известных на данный момент в галактике», — объяснил член группы Субхаджит Саркар из университета Кардиффа. «Мы получили самый подробный на сегодняшний день спектр субнептуновой зоны, пригодной для жизни, и это позволило нам определить молекулы, существующие в его атмосфере».
Характеристика атмосфер экзопланет, таких как K2-18b, то есть идентификация их газов и физических условий, является очень активной областью астрономии. Однако эти планеты буквально омрачены блеском своих гораздо больших родительских звезд, что делает исследование атмосфер экзопланет особенно сложным.
Команда обошла эту проблему, проанализировав свет от материнской звезды K2-18 b, когда он проходил через атмосферу экзопланеты. K2-18 b является транзитной экзопланетой, которая означает, что мы можем заметить падение яркости, когда она проходит через диск своей главной звезды. Так впервые была открыта эта экзопланета. Это означает, что во время транзита скудная доля звездного света пройдет сквозь атмосферу экзопланеты, прежде чем достигнет таких телескопов как Вебб. Проход звездного света через атмосферу экзопланеты оставляет следы, которые могут астрономы проанализировать, чтобы определить газы в атмосфере экзопланеты.
«Этот результат стал возможен только благодаря расширенному диапазону длин волн и беспрецедентной чувствительности Уэбба, который обеспечил надежное выявление спектральных особенностей двумя проходами», — продолжил Мадхусудхан. «Для сравнения, одно транзитное наблюдение с помощью Уэбба обеспечило сравнимую точность с восемью наблюдениями с помощью Хаббла, которые проводились в течение нескольких лет и в относительно узком диапазоне длин волн».
«Эти результаты являются продуктом только двух наблюдений за K2-18 b, и еще многие другие впереди», — пояснил член команды Саввас Константину из Кембриджского университета. «Это означает, что наша работа здесь только ранняя демонстрация того, что Уэбб может наблюдать на экзопланетах зоны жизни».
Теперь команда имеет намерение провести дальнейшие исследования с помощью спектрографа MIRI (Mid-InfraRed Instrument) телескопа, который, как они надеются, подтвердит их выводы и даст новое понимание условий окружающей среды на K2-18 b.
«Наша конечная цель — выявление жизни на подходящей для жизни экзопланете, что изменит наше понимание нашего места во Вселенной», — подытожил Мадхусудхан. «Наши открытия являются многообещающим шагом к более глубокому пониманию гикейских миров в этом поиске».
