На этой иллюстрации показано, как может выглядеть экзопланета WASP-39b, исходя из текущих представлений о планете. Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA, Джозеф Олмстед.

Натали Баталья, профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз, возглавляет группу астрономов, которые сделали обнаружение, используя JWST для наблюдения за планетой с массой Сатурна под названием WASP-39b, которая вращается очень близко к солнцеподобной звезде, около 700 световых лет от Земли.

«Предыдущие наблюдения этой планеты с помощью Хаббла и Спитцера дали нам дразнящие намеки на то, что углекислый газ может присутствовать», — сказал Баталья. «Данные JWST показали явную особенность углекислого газа, которая была настолько заметной, что практически кричала на нас».

Углекислый газ является важным компонентом атмосфер планет в нашей Солнечной системе, обнаруженным на скалистых планетах, таких как Марс и Венера, а также на газовых гигантах, таких как Юпитер и Сатурн. Для исследователей экзопланет это важно как как газ, который они, вероятно, смогут обнаружить на малых каменистых планетах, так и как показатель общего содержания тяжелых элементов в атмосферах планет-гигантов.

Спектр пропускания экзопланеты-гиганта горячего газа WASP-39 b, полученный с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRSpec) 10 июля 2022 года, показывает первое явное свидетельство наличия углекислого газа на планете за пределами Солнечной системы. Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA, Лия Хастак (STScI), Джозеф Олмстед (STScI)

«Углекислый газ на самом деле является очень чувствительным мерным стержнем — лучшим из тех, что у нас есть — для тяжелых элементов в атмосферах гигантских планет, поэтому тот факт, что мы можем видеть его так ясно, действительно здорово», — сказал соавтор Джонатан Фортни, профессор астрономии и астрофизики в UCSC и директор Лаборатории Других Миров.

По словам Фортни, звезды и газовые планеты-гиганты состоят в основном из самых легких элементов, водорода и гелия, но обилие более тяжелых элементов — то, что астрономы называют «металличностью» — является решающим фактором в формировании планет.

«Возможность определить количество тяжелых элементов на планете имеет решающее значение для понимания того, как она сформировалась, и мы сможем использовать эту линейку для измерения углекислого газа для целой группы экзопланет, чтобы получить всестороннее представление о составе гигантских планет,".

Команда Батальи наблюдала за WASP-39b в рамках программы JWST Early Release Science для изучения транзитных экзопланет. Транзитная планета проходит перед своей звездой, если смотреть с Земли, что позволяет астрономам анализировать звездный свет, 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 передачи» с высоким разрешением, показывающий свет, прошедший через атмосферу WASP-39b, разделенный на составляющие его длины волн. Баталья сказал, что данные дали «прекрасные кривые блеска» и показали, что прибор NIRSpec превосходит ожидания для спектроскопии пропускания. Это служит хорошим предзнаменованием для наблюдения за небольшими каменистыми планетами, которые, как ожидается, будут содержать углекислый газ в своих атмосферах (когда у них есть атмосферы), но не будут давать такой сильный сигнал, как планета-гигант, такая как WASP-39b.

Серия кривых блеска из спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec) показывает изменение яркости трех разных длин волн (цветов) света от звездной системы WASP-39 с течением времени, когда планета проходит мимо звезды 10 июля 2022 года. Кредиты: Иллюстрация: NASA, ESA, CSA и Л. Хустак (STScI); Наука: научная группа JWST Transiting Exoplanet Community раннего выпуска

«Это обнаружение послужит полезным эталоном того, что мы можем сделать для обнаружения углекислого газа на планетах земной группы в будущем», — сказал Баталья. «Это наиболее вероятный 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 еще не идентифицировали. «Пока это загадочная функция», — сказал Баталья. «В этой статье мы сосредоточились на узком диапазоне инфракрасных цветов — это только предварительный просмотр функций, которые мы ожидаем увидеть в полном спектре».

Фортни отметил, что WASP-39b по составу похож на Сатурн. Металличность Сатурна в 10 раз больше, чем у Солнца, и WASP-39b также, по-видимому, обогащен тяжелыми элементами примерно в 10 раз по сравнению с Солнцем.

«Это очень интересно, и мы хотели бы знать, все ли планеты с массой Сатурна имеют одинаковую металличность», — сказал он. «Было интересно увидеть это в другой системе, потому что мы не знали, чего ожидать, когда перейдем от планет нашей Солнечной системы к атмосферам экзопланет».

Расположенный в созвездии Девы, WASP-39b более чем в 20 раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. Хотя его масса примерно такая же, как у Сатурна, он менее плотный и примерно на 50 процентов больше, вероятно, из-за нагрева от близкого расположения к своей родительской звезде. Предыдущие наблюдения показали, что у него относительно чистое небо, что делает его хорошей целью для спектроскопии пропускания.

Когда в июле были опубликованы первые данные JWST, исследователи экзопланет UCSC принимали 45 приглашенных астрономов для ежегодной летней программы экзопланет Лаборатории других миров. «Мы все столпились вокруг ноутбука, впервые взглянув на спектр и восхищаясь им», — сказал Баталья. «Это потрясающее, почти эйфорическое чувство — впервые увидеть что-то такое, чего до этого не видел ни один другой человек — в этом вся наука».

Ссылки по теме:

• Источник: Phys.org