"Уэбб" обнаружил метан и углекислый газ в атмосфере экзопланеты в обитаемой зоне

Новое исследование с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб" экзопланеты K2-18 b, которая в 8,6 раза массивнее Земли, показало наличие углеродсодержащих молекул, включая метан и углекислый газ.

Открытие дополняет результаты недавних исследований, свидетельствующих о том, что K2-18 b может быть экзопланетой-гигантом, которая имеет богатую водородом атмосферу и покрытую водным океаном поверхность, рассказывают в НАСА.

Первые сведения о свойствах атмосферы этой экзопланеты, находящейся в пригодной для жизни зоне, были получены в результате наблюдений с помощью космического телескопа "Хаббл", что стало толчком к дальнейшим исследованиям, которые впоследствии изменили представления об этой системе.

K2-18 b вращается вокруг прохладной карликовой звезды K2-18 в обитаемой зоне и находится на расстоянии 120 световых лет от Земли в созвездии Льва. Экзопланеты, подобные K2-18 b, имеющие размеры между Землей и Нептуном, не похожи ни на что в нашей Солнечной системе. Отсутствие аналогичных близлежащих планет означает, что эти "субнептуны" плохо изучены, а природа их атмосфер является предметом активных дискуссий среди астрономов.

Предположение о том, что субнептун K2-18 b может быть гикеанской экзопланетой, интригует, поскольку некоторые астрономы считают такие миры перспективной средой для поиска доказательств существования жизни на экзопланетах.

"Наши результаты подчеркивают важность рассмотрения различных жизнепригодных сред при поиске жизни в других местах", - объясняет Никку Мадгусудхан, астроном из Кембриджского университета и ведущий автор статьи, в которой сообщается об этих результатах. "Традиционно поиск жизни на экзопланетах фокусировался преимущественно на небольших каменистых планетах, однако более крупные гикеанские миры значительно лучше подходят для наблюдений за атмосферой".

Изобилие метана и углекислого газа и недостаток аммиака подтверждают гипотезу о том, что под богатой водородом атмосферой K2-18 b может существовать водный океан. Эти начальные наблюдения "Уэбба" также позволили обнаружить молекулу диметилсульфида (ДМС). На Земле она образуется только при наличии жизни. Основная часть ДМС в атмосфере Земли выделяется фитопланктоном в морской среде.

Вывод о наличии ДМС менее надежен и требует дальнейшего подтверждения. "Будущие наблюдения Уэбба должны подтвердить, действительно ли ДМС присутствует в атмосфере K2-18 b в значительных количествах", - пояснил Мадхусудхан.

Спектры K2-18 b, полученные с помощью приборов NIRISS (Визуализатор ближнего инфракрасного диапазона и бесщелевой спектрограф) и NIRSpec (Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона), свидетельствуют о значительном количестве метана и углекислого газа в атмосфере экзопланеты, а также о возможном обнаружении молекулы диметилсульфида (ДМС). Credits: Illustration: NASA, CSA, ESA, R. Crawford (STScI), J. Olmsted (STScI), Science: N. Madhusudhan (Cambridge University)

Хотя K2-18 b находится в пригодной для жизни зоне и, как теперь известно, содержит углеродсодержащие молекулы, это не означает, что на планете может существовать жизнь. Большие размеры планеты -- ее радиус в 2,6 раза больше радиуса Земли -- означают, что ее недра вероятно содержат большую мантию изо льда высокого давления, как у Нептуна, но с более тонкой атмосферой, богатой водородом, и океанической поверхностью. Гикеанские миры, по прогнозам, должны иметь водные океаны. Однако не исключено, что океан слишком горяч, чтобы быть пригодным для жизни или быть жидким.

"Хотя в нашей Солнечной системе планет такого типа не существует, субнептуны являются самым распространенным типом планет среди известных на сегодня в [нашей] галактике", - объясняет член группы Субхаджит Саркар из Кардиффского университета. "Мы получили самый подробный на сегодняшний день спектр субнептуна из обитаемой зоны, что позволило нам выяснить, какие молекулы существуют в его атмосфере".

Характеристика атмосфер экзопланет, подобных K2-18 b, то есть определение состава их газов и физических условий, является очень активным направлением в астрономии. Однако эти планеты заслепляются -- в буквальном смысле -- блеском своих гораздо более крупных звезд, что делает исследование атмосфер экзопланет особенно сложной задачей.

Команда решила эту проблему, проанализировав свет родительской звезды K2-18 b в момент прохождения через атмосферу экзопланеты. K2-18 b -- транзитная экзопланета, то есть мы можем обнаружить падение ее яркости во время прохождения перед поверхностью звезды-хозяина. Именно так эта экзопланета была обнаружена в 2015 году с помощью миссии НАСА K2. Это означает, что во время транзитов ничтожно малая часть звездного света пройдет через атмосферу экзопланеты, прежде чем попадет в телескопы типа "Уэбба". Прохождение звездного света через атмосферу экзопланеты оставляет следы, которые астрономы могут собрать воедино, чтобы определить состав газов в атмосфере экзопланеты.

"Этот результат стал возможен только благодаря расширенному диапазону длин волн и беспрецедентной чувствительности Уэбба, что позволило надежно обнаружить спектральные особенности всего за два транзита", - говорит Мадхусудхан. "Для сравнения: одно транзитное наблюдение с помощью Уэбба обеспечило точность, сравнимую с точностью восьми наблюдений с помощью Хаббла, проводившихся в течение нескольких лет и в относительно узком диапазоне длин волн".

"Эти результаты получены всего лишь в результате двух наблюдений K2-18 b, а впереди еще много других", - пояснил член группы Саввас Константину из Кембриджского университета. "Это означает, что наша работа здесь -- лишь первая демонстрация того, что может наблюдать Уэбб на экзопланетах в пригодной для жизни зоне".

Результаты работы команды были приняты к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Теперь команда намерена провести дальнейшие исследования с помощью спектрографа MIRI (Инструмент среднего инфракрасного диапазона) телескопа, которые, как они надеются, позволят подтвердить полученные результаты и предоставят новое понимание условий окружающей среды на K2-18 b.

"Наша конечная цель -- обнаружение жизни на пригодной для жизни экзопланете, что изменит наше представление о нашем месте во Вселенной", - заключает Мадхусудхан. "Наши результаты являются многообещающим шагом на пути к более глубокому пониманию гикеанских миров в этом поиске".