Телескоп Вебба вперше однозначно виявив вуглекислий газ в атмосфері екзопланети

Вперше астрономи виявили однозначні докази наявності вуглекислого газу в атмосфері екзопланети (планети поза Сонячною системою).

Про це розповідають в Каліфорнійському університеті в Санта-Круз (UCSC), передають OstanniPodii.com.

Відкриття, прийняте до публікації в журналі Nature (препринт), демонструє можливості космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) щодо безпрецедентних спостережень за атмосферами екзопланет.

Виявлення вуглекислого газу за допомогою JWST відбулося на екзопланеті з масою Сатурна під назвою WASP-39b, яка обертається дуже близько до сонцеподібної зірки на відстані приблизно 700 світлових років від Землі.

Новини за подібною темою:

		JWST встановив причину найяскравішого гамма-спалаху, але поглибив інше питання
		Вебб зондує галактику з екстремальним спалахом зореутворення
		"Вебб" показав місце народження наймасивніших типів зір

"Попередні спостереження цієї планети за допомогою Хаббла та Спітцера дали нам дражливі натяки на можливість присутності вуглекислого газу", — каже Наталі Баталья, професорка астрономії та астрофізики UCSC, яка очолила групу дослідників.

"Дані JWST показали однозначну ознаку вуглекислого газу, яка була настільки помітною, що практично кричала до нас", - розповіла вона.

Вуглекислий газ є важливим компонентом атмосфер планет нашої Сонячної системи. Він присутній на кам′янистих планетах, таких як Марс і Венера, а також на газових гігантах, таких як Юпітер і Сатурн. Для дослідників екзопланет він важливий одночасно як газ, який вони ймовірно зможуть виявити на невеликих кам′янистих планетах, а також як індикатор загального вмісту важких елементів в атмосферах планет-гігантів.

Спектр пропускання гарячого газового гіганта, екзопланети WASP-39 b, знятий Спектрографом ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) JWST 10 липня 2022, показує перший чіткий доказ наявності вуглекислого газу на планеті за межами Сонячної системи. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI)

"Вуглекислий газ насправді є дуже чутливою лінійкою — найкращою з тих, що у нас є — для важких елементів в атмосферах планет-гігантів, тому той факт, що ми можемо бачити його так чітко, справді чудовий", — сказав співавтор дослідження Джонатан Фортні, професор астрономії та астрофізики в UCSC та директор Лабораторії інших світів.

Зорі та планети-газові гіганти складаються в основному з найлегших елементів — водню та гелію, але достаток більш важких елементів — те, що астрономи називають "металічністю" — є найважливішим фактором формування планет, пояснив Фортні.

"Можливість визначити кількість важких елементів у планеті має вирішальне значення для розуміння того, як вона сформувалася, і ми зможемо використати цю лінійку з вуглекислого газу для цілого ряду екзопланет, щоб скласти повне уявлення про склад планет-гігантів", - сказав він.

Команда Баталії спостерігала WASP-39b у рамках наукової програми JWST Early Release Science з вивчення транзитних екзопланет. Транзитна планета проходить перед своєю зіркою, якщо дивитися із Землі. Це дозволяє астрономам аналізувати світло зірки, яке проходить через атмосферу планети, де гази, такі як вуглекислий газ, поглинають певні довжини хвиль світла.

Використовуючи Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) на JWST, команда отримала "спектр пропускання" з високою роздільною здатністю, що показує світло, яке проходить через атмосферу WASP-39b, розділений на його довжини хвиль. За словами Баталії, дані дали "вишукані криві блиску" та показали, що інструмент NIRSpec перевершує очікування в галузі спектроскопії пропускання. Цим передбачаються хороші перспективи для спостережень малих кам′янистих планет, які, як очікується, будуть містити вуглекислий газ у своїй атмосфері (якщо вони мають атмосферу), але не дадуть такого сильного сигналу, як гігантські планети, подібні до WASP-39b.

Серія кривих блиску, отриманих за допомогою спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) Вебба, показує зміну яскравості трьох різних довжин хвиль (кольорів) світла від зоряної системи WASP-39 з плином часу, під час проходження планети повз зірку 10 липня 2022 року. Credits: Illustration: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team

"Це виявлення стане корисним еталоном того, що ми можемо зробити для виявлення вуглекислого газу на планетах земного типу у майбутньому", - сказала Баталья. "Це найімовірніший атмосферний газ, який ми виявимо за допомогою JWST в атмосферах екзопланет земного розміру".

Крім вуглекислого газу, дослідники виявили ще одну цікаву особливість у спектрі WASP-39b, яку вони поки що не ідентифікували. "Поки що це загадкова особливість", – сказала Баталья. "У цій роботі ми зосередилися на вузькому діапазоні інфрачервоних кольорів – це лише попередній перегляд особливостей, які ми очікуємо побачити у повному спектрі".

Фортні зазначив, що WASP-39b, схоже, має подібний із Сатурном склад. Металевість Сатурна у 10 разів вища, ніж у Сонця, і WASP-39b, схоже, також збагачений важкими елементами приблизно у 10 разів у порівнянні із Сонцем.

"Це дуже цікаво, і ми хотіли б знати, чи всі планети з масою Сатурна мають таку ж металевість", - сказав він. "Було цікаво побачити це в іншій системі, тому що ми не знали, чого чекати, коли перейшли від планет нашої Сонячної системи до атмосфер екзопланет".

Розташована в сузір′ї Діви, WASP-39b знаходиться більш ніж у 20 разів ближче до своєї зірки, ніж Земля до Сонця. Хоча її маса приблизно така сама, як у Сатурна, вона менш щільна та приблизно на 50 відсотків більша, що, ймовірно, пов′язане з нагріванням від такого близького розташування до зірки-господаря. Попередні спостереження показали, що вона має відносно чисте небо, що робить її гарною метою для трансмісійної спектроскопії.

Коли в липні були отримані перші дані з JWST, дослідники екзопланет із UCSC приймали 45 запрошених астрономів у рамках щорічної літньої програми з екзопланет Лабораторія інших світів. "Ми всі стовпилися навколо ноутбука, щоб вперше подивитись на спектр та захопитися ним", - розповідає Баталья. "Це приголомшливе, майже ейфоричне почуття, коли вперше бачиш щось, чого не бачила ще жодна людина – ось суть науки".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• телескоп Вебба
• Екзопланети