«Джеймс Уэбб» нашел толстые слои облаков в атмосфере близкого субнептуна

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» нашел доказательства существования в атмосфере субнептуна GJ 1214b толстых слоев облаков или дымки. Эти слои хорошо отражают излучение от звезды и могут содержать водяной пар и продукты фотохимических реакций. Статья опубликована в журнале Nature.

В Солнечной системе нет планет, промежуточных по размеру между Землей и Нептуном, однако такие объекты наблюдаются вокруг многих других звезд и представляют собой либо скалистые тела (суперземли), либо тела, обладающие атмосферой с преобладанием водорода, масса которой составляет несколько процентов от общей массы планеты (субнептуны).

Группа астрономов во главе с Элизой Кемптон (Eliza Kempton) из Мэрилендского университета опубликовала результаты спектрометрических наблюдений за инфракрасным излучением атмосферы экзопланеты при помощи инструмента MIRI «Джеймса Уэбба» в период 20–22 июля 2022 года. Наблюдения велись во время прохождения планеты по диску звезды (транзита) и вторичного затмения планеты звездой.

GJ 1214b стала первой экзопланетой, найденной у красного карлика, и с момента своего открытия в 2009 году неоднократно становилась целью для наблюдений. Она относится к субнептунам, обладает радиусом 2,6 радиуса Земли, обращается вокруг одиночной карликовой звезды типа M4,5 с периодом 37,9 часа и находится в 40 световых лет от Солнца. Ранее теоретические модели предсказывали наличие у нее облаков, однако имевшиеся данные наблюдений не позволяли получить понятную картину свойств атмосферы.

Средняя яркостная температура дневной и ночной сторон GJ 1214b составляют 553 и 437 кельвинов, соответственно, а альбедо Бонда — 0,51. В спектрах наблюдаются следы водяного пара, который поглощает излучение звезды в атмосфере дневной и ночной сторон, на ночной стороне есть признаки возможного наличия метана и синильной кислоты, которая может быть побочным продуктом фотолиза метана.

Ученые пришли к выводу, что полученные данные лучше всего укладываются в модель, где атмосфера экзопланеты характеризуется большей металличностью, чем родительская звезда, и богата водородом. Кроме того, в ней есть толстые слои облаков или углеводородной дымки с высокой отражающей способностью. Ранее предполагалось, что в роли дымки могут выступать сажа и толины, однако они хорошо поглощают, а не отражают излучение. Возможно дымка создается за счет различных фотохимических реакций в атмосфере GJ 1214b.

Такая модель атмосферы GJ 1214b не противоречит идее о том, что субнептуны сохраняют первичную атмосферу, состоящую из газов из протозвездной туманности, которая затем может быть потеряна. Кроме того, GJ 1214b подходит под сценарий «водного мира», в котором высокое содержание воды на экзопланете было бы результатом ее образования за пределами снеговой линии или аккреции вещества из этой области планетарной системы.

Ранее мы рассказывали о том, как ученые нашли «запрещенный» субнептун.