Телескоп Уэбба впервые однозначно обнаружил углекислый газ в атмосфере экзопланеты

Впервые астрономы выявили однозначные доказательства наличия углекислого газа в атмосфере экзопланеты (планеты вне Солнечной системы).

Об этом рассказывают в Калифорнийском университете в Санта-Круз (UCSC), передают OstanniPodii.com.

Открытие, принятое к публикации в журнале Nature (препринт), демонстрирует возможности космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) насчёт беспрецедентных наблюдений за атмосферами экзопланет.

Обнаружение углекислого газа с помощью JWST произошло на экзопланете с массой Сатурна под названием WASP-39b, которая вращается очень близко к солнцепохожей звезде на расстоянии примерно 700 световых лет от Земли.

"Предыдущие наблюдения этой планеты с помощью Хаббла и Спитцера дали нам дразнящие намеки на возможность присутствия углекислого газа", - говорит Натальи Баталья, профессор астрономии и астрофизики UCSC, возглавившая группу исследователей.

"Данные JWST показали однозначный признак углекислого газа, который был настолько заметен, что практически кричал к нам", - рассказала она.

Углекислый газ является важнейшим компонентом атмосфер планет нашей Солнечной системы. Он присутствует на каменистых планетах, таких как Марс и Венера, а также на газовых гигантах, таких как Юпитер и Сатурн. Для исследователей экзопланет он важен одновременно как газ, который они, вероятно, смогут обнаружить на небольших каменистых планетах, а также как индикатор общего содержания тяжелых элементов в атмосферах планет-гигантов.

Спектр пропускания горячего газового гиганта, экзопланеты WASP-39 b, снятый Спектрографом ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) JWST 10 июля 2022 г., показывает первое четкое доказательство наличия углекислого газа на планете за пределами Солнечной системы. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI)

"Углекислый газ на самом деле является очень чувствительной линейкой — лучшая из тех, что у нас есть — для тяжелых элементов в атмосферах планет-гигантов, поэтому тот факт, что мы можем видеть его так четко, действительно великолепен", — сказал соавтор исследования Джонатан Фортни, профессор астрономии и астрофизики в UCSC и директор Лаборатории других миров.

Звезды и планеты-газовые гиганты состоят в основном из самых легких элементов – водорода и гелия, но обилие более тяжелых элементов – то, что астрономы называют "металличностью" – является важнейшим фактором формирования планет, пояснил Фортни.

"Возможность определить количество тяжелых элементов в планете имеет решающее значение для понимания того, как она сформировалась, и мы сможем использовать эту линейку из углекислого газа для целого ряда экзопланет, чтобы составить полное представление о составе планет-гигантов", - сказал он.

Команда Батальи наблюдала WASP-39b в рамках научной программы JWST Early Release Science по изучению транзитных экзопланет. Транзитная планета проходит перед звездой, если смотреть с Земли. Это позволяет астрономам анализировать свет звезды, проходящий через атмосферу планеты, где газы, такие как углекислый газ, поглощают определенные длины волн света.

Используя Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на JWST, команда получила "спектр пропускания" с высоким разрешением, показывающим свет, проходящий через атмосферу WASP-39b, разделенный на его длины волн. По словам Батальи, данные предоставили "изысканные кривые блеска" и показали, что инструмент NIRSpec превосходит ожидания в области спектроскопии пропускания. Этим предполагаются хорошие перспективы для наблюдений малых каменистых планет, которые, как ожидается, будут содержать углекислый газ в своей атмосфере (если они обладают атмосферой), но не дадут такого сильного сигнала, как гигантские планеты, подобные WASP-39b.

Серия кривых блеска, полученных с помощью Спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) Вебба, показывает изменение яркости трех разных длин волн (цветов) света от звездной системы WASP-39 с течением времени во время прохождения планеты мимо звезды 10 июля 2022 года. Credits: Illustration: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team

"Это обнаружение станет полезным эталоном того, что мы можем сделать для обнаружения углекислого газа на планетах земного типа в будущем", – сказала Баталья. "Это вероятнейший атмосферный газ, который мы обнаружим с помощью JWST в атмосферах экзопланет земного размера".

Помимо углекислого газа исследователи обнаружили еще одну интересную особенность в спектре WASP-39b, которую они пока не идентифицировали. "Пока это загадочная особенность", – сказала Баталья. "В этой работе мы сосредоточились на узком диапазоне инфракрасного цвета – это лишь предварительный просмотр особенностей, которые мы ожидаем увидеть в полном спектре".

Фортни отметил, что WASP-39b, похоже, имеет сходный с Сатурном состав. Металлизм Сатурна в 10 раз выше, чем у Солнца, и WASP-39b, похоже, также обогащен тяжелыми элементами примерно в 10 раз по сравнению с Солнцем.

"Это очень интересно, и мы хотели бы знать, есть ли у всех планет с массой Сатурна такая же металличность", - сказал он. "Было интересно увидеть это в другой системе, потому что мы не знали, чего ждать, когда перешли от планет нашей Солнечной системы к атмосферам экзопланет".

Расположенная в созвездии Девы, WASP-39b находится более чем в 20 раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. Хотя ее масса примерно такая же, как у Сатурна, она менее плотная и примерно на 50 процентов больше, что, вероятно, связано с нагреванием от такого близкого расположения к звезде-хозяйке. Предыдущие наблюдения показали, что у нее относительно чистое небо, что делает ее хорошей целью для трансмиссионной спектроскопии.

Когда в июле были получены первые данные от JWST, исследователи экзопланет из UCSC принимали 45 приглашенных астрономов в рамках ежегодной летней программы по экзопланетам Лаборатория других миров. "Мы все столпились вокруг ноутбука, чтобы впервые посмотреть на спектр и восхититься им", - рассказывает Баталья. "Это потрясающее, почти эйфорическое чувство, когда впервые видишь что-то, чего не видел еще ни один человек – вот суть науки".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.