«Джеймс Уэбб» напрямую заметил силикатные облака на очень молодом экзогиганте

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» напрямую обнаружил силикатные облака на очень молодом экзогиганте в системе YSES-1. У другого экзогиганта, входящего в систему, телескоп заметил признаки околопланетного диска, это третье по счету открытие такого рода. Оба открытия демонстрируют отличие свойств молодых экзопланет от более зрелых и требуют уточнения моделей, отмечают авторы статьи, опубликованной в журнале Nature.

Планетные системы возрастом не более миллиарда лет (например: раз, два, три) важны для современной экзопланетологии. Обнаружение таких систем позволяет проверить как модели их формирования за счет различных механизмов, так и их модели последующей эволюции по мере старения (например, сжатие). Однако на сегодняшний день доля молодых объектов среди нескольких тысяч известных экзопланет крайне мала.

Группа астрономов во главе с Килан Хох (Kielan Hoch) из Института исследований космоса с помощью космического телескопа опубликовала результаты прямых наблюдений за молодой экзопланетной системой YSES-1 (или TYC 8998-760-1) при помощи приборов MIRI и NIRSpec (и входящего в NIRSpec датчика получения изображений IFU) «Джеймса Уэбба». Наблюдения охватывали диапазон длин волн от 0,6 до 12 микрон и велись напрямую, без необходимости блокировки излучения родительской звезды.

YSES-1 представляет собой очень молодую (около 16,7 миллиона лет) звезду спектрального типа K3IV, с массой, сравнимой с Солнцем. Светило входит в состав ассоциации Скорпиона — Центавра и находится на расстоянии почти 307 световых лет от нас. Вокруг звезды на расстоянии около 160 и 320 астрономических единиц соответственно обращаются два крупных объекта (YSES-1b и YSES-1c) планетарной природы, которые по спектральному типу попадают в зону перехода между L- и T-типами. Их расчетные массы составляют 14 и 6 масс Юпитера. Интерес эти экзогиганты вызвали тем, что кажутся краснее других экзопланет и коричневых карликов похожих типов, а у YSES-1b, которая ближе всего к звезде, были ранее замечены признаки продолжающегося формирования. Однако для наземных наблюдений оба объекта представляли собой сложные цели.

В полученных спектрах ученые обнаружили признаки наличия в атмосферах экзогигантов угарного и углекислого газа, метана и водяного пара. У YSES-1c, относящегося к спектральному типу L7.5, обнаружилось также наличие силикатных облаков, что предсказывалось для коричневых карликов таких типов. Однако особенности в спектрах, связанные с этими облаками, не удалось хорошо промоделировать ни одним из двух использованных кодов для экзопланетных атмосфер (ForMoSA и petitRADTRANS). Это говорит в пользу идеи, что силикатные облака на очень молодых объектах планетарной массы отличаются от облаков свободно плавающих коричневых карликов и субзвездных компаньонов звезд. Лучше всего под данные наблюдений подходит модель облаков, содержащих, в основном, частицы с размером 0,1 микрометра, и находящихся при уровне давления в один миллибар. Частицы в этом случае будут состоять из аморфных оксидов SiO₂, Mg₂SiO₄ и MgSiO₃, в последнем случае это кажется наиболее правдоподобным объяснением. Подходит также модель облаков из кристаллического MgSiO₃, в этом случае преобладающий размер частиц составит 0,2 микрометра, а уровень залегания облака по давлению — 0,02 бара.

YSES-1b выглядит слишком горячим (эффективная температура более 1513 кельвин) объектом, чтобы в его атмосфере силикаты формировали облака за счет конденсации. Однако ученые заметили избыток инфракрасного излучения и излучение силикатов вблизи экзопланеты, что вписывается в модель околопланетного диска из зерен микронных размеров и подтверждает продолжающийся рост за счет аккреции. Предполагается, что радиус диска может составлять от 12 до 35 радиусов Юпитера, а температура — от 320 до 600 кельвин. Предпочтительным материалом пылинок могут быть зерна оливина (MgFeSiO₄) с минимальным размером в 0,6 микрона.

Это лишь третий случай обнаружения околопланетного диска у молодой экзопланеты и первый случай наличия в подобном диске столь горячих и мелких пылинок. Это может объясняться тем, что вещество околопланетного диска, в основном, состоит не из первичных зерен протопланетного диска, а из зерен второго поколения, возникших при столкновениях более крупных зерен и планетезималей. В дальнейшем, по мере увеличения возраста диска, доля крупных пылинок увеличится, возможно также образование спутников экзогиганта.

«Джеймс Уэбб» замечал облака на самых разных экзопланетах — на горячих и очень горячих юпитерах, субнептунах и супернептунах, а также суперюпитерах.