«Джеймс Уэбб» нашел массивное ядро у распухшего супернептуна

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» нашел свидетельства в пользу наличия у супернептуна WASP-107b очень массивного ядра и атмосферы с активным вертикальным перемешиванием. Это означает, что планета могла образоваться путем аккреции вещества на ядро и распухла из-за внутреннего нагрева. Статьи с результатами наблюдений опубликованы в журнале Nature.

Разобраться в природе необычных физических параметров некоторых известных экзопланет, которые плохо вписываются в текущие теории планетообразования, можно путем наложения ограничений на химический состав их атмосфер. Это можно сделать путем трансмиссионной спектроскопии. Она заключается в регистрации излучения родительской звезды, прошедшего сквозь атмосферу планеты во время события транзита, при этом разные элементы и соединения будут поглощать излучение на разных длинах волн, что отразится в итоговом спектре.

WASP-107b был открыт в 2017 году. Он обращается по орбите с периодом почти шесть дней вокруг оранжевого карлика, удаленного на 208 световых лет от Солнца. Экзопланета была причислена к теплым супернептунам, ранее на ней нашли гелий и водяной пар, а также диоксид серы и силикатные облака. При этом на ней не заметили метана, который по расчетам должен был быть. Масса этой экзопланеты составляет 1,78 масс Нептуна, при этом она обладает очень низкой объемной плотностью, что вписывается в модель тела, у которого соотношение масс газовой оболочки из водорода и гелия и твердого ядра составляет более 85 процентов (это ближе к модели Юпитера или Сатурна, чем Урана или Нептуна). В результате не до конца понятно, как ядро малой массы (менее пяти масс Земли) могло сформировать столь массивную атмосферу в модели аккреции вещества из протопланетного диска на твердое ядро. Возможно, что здесь действовал механизм раздутия атмосферы за счет внутреннего нагрева приливными силами.

Две группы астрономов во главе с Луисом Уэлбанксом (Luis Welbanks) из Аризонского Университета и Дэвидом Сингом (David Sing) из Университета Джонса Хопкинса опубликовали результаты анализа данных наблюдений за WASP-107b, полученных при помощи прибора NIRSpec, NIRCam и MIRI «Джеймса Уэбба», а также телескопа «Хаббл».

Исследователи нашли в спектрах признаки наличия водяного пара, угарного и углекислого газа, аммиака, двуокиси серы, а также метана. Содержание метана составляет около одной части на миллион, что на три порядка меньше, чем предсказывают модели равновесной химии. Модель строения экзопланеты, подходящая под данные наблюдений, содержит внешнюю оболочку с металличностью, примерно в 43 раза превосходящую солнечную, а также ядро с массой 11,5 масс Земли. Предположительно, оно состоит из воды и горных пород в соотношении 50 к 50. Эта оценка массы ядра гораздо больше, чем считалось ранее.

Внутренняя температура WASP-107b составляет около 460 кельвинов, а в атмосфере действует активный процесс вертикального перемешивания, что истощает содержание метана; также активно проходят и фотохимические реакции. Таким образом, для экзопланеты становится применима модель аккреции на ядро, причем ее пухлость — результат внутреннего нагрева из-за приливных взаимодействий со звездой.

Ранее «Джеймс Уэбб» обнаружил самую горячую точку на ультрагорячем юпитере WASP-18b.