"Вебб" виявив метан і вуглекислий газ в атмосфері екзопланети в життєпридатній зоні

Нове дослідження за допомогою космічного телескопа "Джеймс Вебб" екзопланети K2-18 b, яка у 8,6 раза масивніша за Землю, засвідчило наявність вуглецевмісних молекул, включно з метаном і вуглекислим газом.

Відкриття доповнює результати нещодавніх досліджень, які свідчать про те, що K2-18 b може бути екзопланетою-гігантом, яка має багату воднем атмосферу та покриту водним океаном поверхню, розповідають в НАСА.

Перші відомості про властивості атмосфери цієї екзопланети, яка знаходиться в придатній для життя зоні, було отримано у результаті спостережень за допомогою космічного телескопа "Габбл", що стало поштовхом до подальших досліджень, які згодом змінили уявлення про цю систему.

K2-18 b обертається навколо прохолодної карликової зірки K2-18 в життєпридатній зоні та знаходиться на відстані 120 світлових років від Землі у сузір′ї Лева. Екзопланети, подібні до K2-18 b, що мають розміри між Землею й Нептуном, не схожі ні на що у нашій Сонячній системі. Відсутність аналогічних прилеглих планет означає, що ці "субнептуни" погано вивчені, а природа їхніх атмосфер є предметом активних дискусій серед астрономів.

Припущення про те, що субнептун K2-18 b може бути гікеанною екзопланетою, інтригує, оскільки деякі астрономи вважають такі світи перспективним середовищем для пошуку доказів існування життя на екзопланетах.

"Наші результати підкреслюють важливість розгляду різних життєпридатних середовищ під час пошуку життя в інших місцях", - пояснює Нікку Мадгусудхан, астроном з Кембридзького університету й провідний автор статті, в якій повідомляється про ці результати. "Традиційно пошук життя на екзопланетах фокусувався переважно на невеликих кам′янистих планетах, проте більші гікеанні світи значно краще підходять для спостережень за атмосферою".

Достаток метану та вуглекислого газу й нестача аміаку підтверджують гіпотезу про те, що під багатою воднем атмосферою K2-18 b може існувати водний океан. Ці початкові спостереження "Вебба" також дали змогу виявити молекулу диметилсульфіду (ДМС). На Землі вона утворюється тільки за наявності життя. Основна частина ДМС в атмосфері Землі виділяється фітопланктоном у морському середовищі.

Висновок про наявність ДМС менш надійний та потребує подальшого підтвердження. "Майбутні спостереження Вебба мають підтвердити, чи справді ДМС присутній в атмосфері K2-18 b у значних кількостях", - пояснив Мадхусудхан.

Спектри K2-18 b, отримані за допомогою приладів NIRISS (Візуалізатор ближнього інфрачервоного діапазону та безщілинний спектрограф) і NIRSpec (Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону), свідчать про значну кількість метану й вуглекислого газу в атмосфері екзопланети, а також про можливе виявлення молекули диметилсульфіду (ДМС). Credits: Illustration: NASA, CSA, ESA, R. Crawford (STScI), J. Olmsted (STScI), Science: N. Madhusudhan (Cambridge University)

Хоча K2-18 b знаходиться в придатній для життя зоні та, як тепер відомо, містить вуглецевмісні молекули, це не означає, що на планеті може існувати життя. Великі розміри планети -- її радіус у 2,6 раза більший за радіус Землі -- означають, що її надра ймовірно містять велику мантію з льоду високого тиску, як у Нептуна, але з більш тонкою атмосферою, багатою на водень, та океанічною поверхнею. Гікеанні світи, за прогнозами, повинні мати водні океани. Однак не виключено, що океан занадто гарячий, щоб бути придатним для життя або бути рідким.

"Хоча у нашій Сонячній системі планет такого типу не існує, субнептуни є найпоширенішим типом планет серед відомих на сьогодні у [нашій] галактиці", - пояснює член групи Субхаджіт Саркар з Кардіффського університету. "Ми отримали найдокладніший на сьогодні спектр субнептуна з життєпридатної зони, що дало нам змогу з′ясувати, які молекули існують у його атмосфері".

Характеристика атмосфер екзопланет, подібних до K2-18 b, тобто визначення складу їхніх газів і фізичних умов, є дуже активним напрямом в астрономії. Однак ці планети засліплюються -- в буквальному сенсі -- блиском своїх набагато більших зірок, що робить дослідження атмосфер екзопланет особливо складним завданням.

Команда вирішила цю проблему, проаналізувавши світло батьківської зірки K2-18 b у момент проходження через атмосферу екзопланети. K2-18 b -- транзитна екзопланета, тобто ми можемо виявити падіння її яскравості під час проходження перед поверхнею зірки-господаря. Саме так цю екзопланету було виявлено 2015 року за допомогою місії НАСА K2. Це означає, що під час транзитів мізерно мала частина зоряного світла пройде через атмосферу екзопланети, перш ніж потрапить у телескопи типу "Вебба". Проходження зоряного світла через атмосферу екзопланети залишає сліди, які астрономи можуть зібрати воєдино, щоб визначити склад газів в атмосфері екзопланети.

"Цей результат став можливий тільки завдяки розширеному діапазону довжин хвиль і безпрецедентній чутливості Вебба, що дало змогу надійно виявити спектральні особливості лише за два транзити", - каже Мадхусудхан. "Для порівняння: одне транзитне спостереження за допомогою Вебба забезпечило точність, яку можна порівняти з точністю восьми спостережень за допомогою Габбла, що проводилися протягом кількох років та у відносно вузькому діапазоні довжин хвиль".

"Ці результати отримано всього лише у результаті двох спостережень K2-18 b, а попереду ще багато інших", - пояснив член групи Саввас Константіну з Кембридзького університету. "Це означає, що наша робота тут -- лише перша демонстрація того, що може спостерігати Вебб на екзопланетах в придатній для життя зоні".

Результати роботи команди були прийняті до публікації в журналі The Astrophysical Journal Letters.

Тепер команда має намір провести подальші дослідження за допомогою спектрографа MIRI (Інструмент середнього інфрачервоного діапазону) телескопа, які, як вони сподіваються, дадуть змогу підтвердити отримані результати та нададуть нове розуміння умов навколишнього середовища на K2-18 b.

"Наша кінцева мета -- виявлення життя на життєпридатній екзопланеті, що змінить наше уявлення про наше місце у Всесвіті", - підсумовує Мадхусудхан. "Наші результати є багатообіцяльним кроком на шляху до глибшого розуміння гікеанних світів у цьому пошуку".