Дві групи вчених використали космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) у своєму дослідженні і зробили новаторські, перші у своєму роді відкриття на двох екзопланетах.
Перша команда для свого дослідження використала інструменти телескопу середнього інфрачервоного діапазону MIRI і спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону NIRSpec, щоб спостерігати та охарактеризувати хмари та молекули в атмосфері екзопланети, розташованої на відстані 40 світлових років від Землі.
Друга команда вчених також використовувала MIRI для вимірювання температури скелястої екзопланети в зоряній системі TRAPPIST-1, розташованої приблизно в 40 світлових роках від Землі. Команди визначили температуру, вимірявши інфрачервоне світло, випромінюване планетою. Це перший раз, коли будь-яке світло, випромінюване скелястою екзопланетою, було виявлено та виміряно телескопом.
Останні спостереження за екзопланетами продовжують демонструвати справжню потужність інфрачервоного телескопа JWST. Лише одного спостереження Вебба за екзопланетою було достатньо, щоб команди змогли отримати дані для багатьох атмосферних особливостей. Жоден інший телескоп не виявив стільки екзопланетних особливостей під час одного спостереження, як це зробив Вебб під час цього єдиного спостереження.
Екзопланета VHS 1256b
Екзопланета під назвою «VHS 1256b» розташована у щільно замкнутій подвійній зоряній системі. З орбітальним періодом приблизно 10 000 років планета обертається навколо своїх головних зірок на відстані, яка приблизно в чотири рази перевищує відстань між Плутоном і нашим Сонцем. Це зробило VHS 1256b фантастичною мішенню для Вебба, оскільки світло, випромінюване екзопланетою, не буде змішуватися зі світлом, випромінюваним зірками-господарями, тобто коронограф або широко використовуваний метод транзиту не буде потрібен для збору даних.
Дивні характеристики VHS 1256b продовжують вражати, хоча щоразу, коли планета здійснює один оберт, її густа атмосфера піднімається, змішується та різко рухається – настільки, що інтенсивні зміни яскравості VHS 1256b, спричинені постійними змінами атмосфери, роблять це найбільш мінливий планетарний об’єкт з коли-небудь відкритих. У верхніх шарах атмосфери екзопланети кружляють силікатні хмари, які збиваються при спекотних атмосферних температурах до 830 градусів за Цельсієм.
Більше того, дані Вебба також вказують на наявність води, метану, чадного та вуглекислого газу. Спостереження команди під керівництвом Бріттані Майлз з Університету Арізони представляють найбільшу кількість молекул, які будь-коли виявляли в екзопланетній атмосфері за допомогою одного спостереження.
Силікатні хмари в атмосфері VHS 1256b можуть залишатися на великих висотах через низьку гравітацію планети — на відміну від багатьох інших коричневих карликових екзопланет, які мають сильніші сили тяжіння. Вебб зміг зібрати дані про хмари через їхню високу атмосферну висоту, і дані показали як великі, так і дрібні силікатні частинки в цих силікатних хмарах, які можна побачити на спектрі, створеному інструментами Вебба NIRSpec і MIRI.
На додаток до силікатних хмар на великій висоті, бурхлива атмосфера VHS 1256b може бути викликана віком планети. Маючи вік лише 150 мільйонів років, VHS 1256b досить молода в астрономічному плані, тобто вона, ймовірно, все ще перебуває на пізніх стадіях свого формування і ще не почала охолоджуватися до нормальної планетарної температури.
Однак, незважаючи на те, що ці відкриття є новаторськими, це лише перші висновки. Оскільки команда продовжує аналізувати дані, вони, ймовірно, знайдуть більше елементів або структур в атмосфері екзопланети. Крім того, дані були отримані лише з одного спостереження екзопланети. Майбутні спостереження за VHS 1256b можуть розкрити ще більше про його летку атмосферу та екстремальні характеристики.
Екзопланета TRAPPIST-1b
Друга група міжнародних вчених використовувала інструмент MIRI телескопу JWST для вимірювання температури кам’яної екзопланети, розташованої приблизно в 40 світлових роках від Землі. Планета під назвою TRAPPIST-1b є частиною відомої системи TRAPPIST-1 — сукупності семи скелястих екзопланет, що обертаються навколо червоної карликової зірки.
Хоча зоряні системи скелястих екзопланет не є рідкістю, екзопланети системи TRAPPIST-1 представляють особливий інтерес для вчених через їх схожість за розміром і масою з внутрішніми скелястими планетами нашої Сонячної системи. Цікаво, що орбіти всіх семи екзопланет можуть поміститися в орбіту Меркурія, але, враховуючи невеликий розмір їх зірки, енергія, яку отримують деякі планети, порівнянна з енергією, яку отримує Земля від Сонця.
TRAPPIST-1b, внутрішня планета системи TRAPPIST-1, обертається на орбітальній відстані приблизно в одну соту від Землі, отримуючи майже в чотири рази більше енергії, ніж Земля отримує від нашого Сонця. Враховуючи близькість планети до своєї головної зірки, вона не лежить у зоні проживання TRAPPIST-1. Тим не менш, будь-яка інформація, зібрана на планеті, виявиться корисною для вчених, які намагаються охарактеризувати екзопланети-побратими та еволюцію TRAPPIST-1 та інших систем червоних карликів.
Вчені здійснили вимірювання температури, досліджуючи теплове випромінювання або теплову енергію, яку випромінює планета, від TRAPPIST-1b. Планети випромінюють тепло у формі інфрачервоного світла, і завдяки неймовірній чутливості Вебба до інфрачервоного світла вимірювання теплових характеристик TRAPPIST-1b обов’язково дало вражаючі результати.
Команда виявила, що денна температура TRAPPIST-1b становить близько 500 Кельвінів, або 227 градусів за Цельсієм, що свідчить про те, що планета може не мати атмосфери. Попередні спостереження за допомогою космічного телескопа Hubble NASA та інфрачервоного космічного телескопа Spitzer не виявили доказів існування атмосфери навколо екзопланети. Однак спостережень було недостатньо, щоб повністю виключити можливість існування навколо планети щільної атмосфери.
Вебб зібрав дані, використані для вимірювання температури, виконавши техніку, яка називається фотометрією вторинного затемнення. Використовуючи цю техніку, MIRI вимірював зміну яскравості всієї системи TRAPPIST-1, коли планета рухалася за зіркою. Загальна зміна яскравості між зіркою та планетою становить менше 0,1%, ще раз підкреслюючи величезну потужність і точність Вебба та його набору інструментів світового класу.
Вимірювання температури знаменує собою перший випадок, коли будь-яке світло, випромінюване скелястою екзопланетою, було безпосередньо виявлено та виміряно телескопом. Більш того, дані про температуру дають вченим цінну інформацію про системи червоних карликів і характеристики екзопланет, які обертаються навколо них.
