«Джеймс Уэбб» впервые достоверно отыскал углекислый газ в атмосфере экзопланеты

Инфракрасная космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» впервые достоверно обнаружила углекислый газ в составе атмосферы экзопланеты. Целью наблюдений стал горячий сатурн WASP-39b, а их результаты помогут проверить модели формирования экзопланеты. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org.

Углекислый газ является для планетологов важным компонентом атмосфер экзопланет, так как представляет собой индикатор обогащения газовой оболочки элементами тяжелее водорода и гелия (металлами). В случае экзопланет-гигантов это может рассказать о том, где тело сформировалось, что крайне важно для объяснения природы горячих юпитеров. Кроме того, в случае экзопланет земной группы углекислый газ считается одним из основных биомаркеров, которые могут свидетельствовать о потенциальной пригодности объекта для возникновения на нем жизни. Однако до недавнего времени у ученых не было возможности однозначно идентифицировать это соединение в спектрах экзопланет — данные наблюдений давали лишь приблизительные доказательства.

Группа астрономов во главе с Натали Батальей (Natalie M. Batalha) из Калифорнийского университета в Санта-Круз сообщила о первом достоверном случае спектроскопической регистрации углекислого газа в атмосфере экзопланеты WASP-39b при помощи космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Наблюдения велись при помощи спектрографа NIRSpec в ближнем инфракрасном диапазоне в течение 8,23 часа 10 июля 2022 года, этот временной промежуток включает в себя событие прохождения экзопланеты по диску своей звезды (транзит). В это время свет звезды проходил сквозь атмосферу экзопланеты, при этом часть излучения звезды поглощается различными элементами и соединениями, что отражается в получаемых спектрах и позволяет дать оценку состава газовой оболочки планеты.

WASP-39b классифицируется как горячий сатурн и обращается вокруг желтого карлика, расположенного на расстоянии 700 световых лет от Солнца, за 4,055 земного дня. Экзопланета обладает массой 0,28 массы Юпитера при радиусе 1,27 радиусов Юпитера, ее внешние слои распухли из-за интенсивного потока излучения со стороны звезды, а равновесная температура составляет 1170 кельвин. Ранее планету исследовали наземные телескопы, однако смогли дать лишь приблизительную оценку состава ее атмосферы, в том числе найти признаки присутствия углекислого газа.

Сравнение данных наблюдений «Джеймса Уэбба» с модельными спектрами позволило однозначно обнаружить углекислый газ в атмосфере WASP-39b. Общий спектр хорошо согласуется с моделью атмосферы, характеризующейся металличностью в 10 раз больше солнечной, радиационно-конвективно-термохимическим равновесием и умеренной непрозрачностью облаков. Модель также предсказывает наличие в атмосфере водяного пара и окиси углерода, признаки которых были найдены ранее, сероводорода и небольшой концентрации метана — эти предположения будут проверены в ходе дальнейших наблюдений обсерватории за WASP-39b.

Ранее мы рассказывали о том, как «Джеймс Уэбб» отыскал на казавшемся безоблачном горячем сатурне облака.

Александр Войтюк