Телескоп Уэбб позволил впервые увидеть внутреннюю часть экзопланеты

Открытия, сделанные на основе данных космического телескопа «Джеймс Уэбб», ознаменовали собой первые измерения массы ядра экзопланеты и, вероятно, послужат основой для будущих исследований планетарных атмосфер и внутренностей, что является ключевым аспектом в поиске пригодных для жизни миров за пределами нашей Солнечной системы.

«Заглянуть внутрь планеты, находящейся на расстоянии сотен световых лет, кажется почти невозможным, но когда вы знаете массу, радиус, состав атмосферы и температуру ее внутренностей, у вас есть все необходимое, чтобы составить представление о том, что находится внутри и насколько тяжело это ядро», — говорит ведущий автор Дэвид Синг, заслуженный профессор наук о Земле и планетах Блумберга в Университете Джонса Хопкинса. «Теперь мы можем сделать это для многих газовых планет в разных системах».

Опубликовано сегодня в Nature Исследование показывает, что на планете в тысячу раз меньше метана, чем ожидалось, а ядро в 12 раз массивнее земного.

Гигантская планета WASP-107 b, окутанная светящейся атмосферой, пушистой, как хлопок, вращается вокруг звезды на расстоянии около 200 световых лет. Она раздута из-за своей структуры: мир размером с Юпитер имеет лишь десятую часть массы этой планеты.

Несмотря на наличие метана — строительного блока жизни на Земле — планета не считается пригодной для жизни из-за близости к родительской звезде и отсутствия твердой поверхности. Однако она может содержать важные сведения о поздней стадии планетарной эволюции.

В отдельном исследовании, опубликованном сегодня в Nature, другие ученые также обнаружили метан с помощью телескопа Уэбба и предоставили аналогичную информацию о размере и плотности планеты.

«Мы хотим посмотреть на планеты, похожие на газовые гиганты в нашей Солнечной системе, в атмосферах которых много метана», — говорит Синг. «Именно здесь история WASP-107 b стала по-настоящему интересной, потому что мы не знали, почему уровень метана был таким низким».

Новые измерения метана позволяют предположить, что молекула превращается в другие соединения по мере продвижения вверх из недр планеты, взаимодействуя со смесью других химических веществ и звездным светом в верхних слоях атмосферы. Команда также измерила диоксид серы, водяной пар, углекислый и угарный газ и обнаружила, что WASP-107 b содержит больше тяжелых элементов, чем Уран и Нептун.

По словам Синга, химический состав планеты начинает раскрывать ключевые детали тайны поведения планетарных атмосфер в экстремальных условиях. В следующем году его команда проведет аналогичные наблюдения еще за 25 планетами с помощью телескопа «Уэбб».

«Мы никогда не могли детально изучить процесс смешивания в атмосфере экзопланеты, так что это будет важно для понимания того, как протекают эти динамические химические реакции», — говорит Синг. «Это то, что нам определенно нужно, поскольку мы начинаем изучать каменистые планеты и сигнатуры биомаркеров».

Ученые предположили, что раздутый радиус планеты является результатом наличия внутри источника тепла, говорит Зафар Рустамкулов, докторант планетарных наук из Университета Джонса Хопкинса, возглавивший исследование. Объединив модели физики атмосферы и внутренней структуры с данными «Уэбба» по WASP-107 b, команда объяснила, как термодинамика планеты влияет на ее наблюдаемую атмосферу.

«У планеты горячее ядро, и этот источник тепла изменяет химический состав газов, находящихся глубже, но также вызывает сильное конвективное перемешивание, поднимающееся изнутри», — говорит Рустамкулов. «Мы думаем, что это тепло вызывает изменение химического состава газов, в частности, распад метана и образование повышенного количества углекислого и угарного газа».

По словам Рустамкулова, новые результаты также представляют собой самую четкую связь между внутренним пространством экзопланеты и верхней частью ее атмосферы, которую ученые смогли установить. В прошлом году телескоп «Уэбб» обнаружил диоксид серы примерно в 700 световых годах от Земли на другой экзопланете под названием WASP-39, что стало первым доказательством существования атмосферного соединения, образовавшегося в результате реакций, вызванных светом звезд.

Сейчас команда Джона Хопкинса сосредоточилась на том, что может поддерживать температуру ядра, и ожидает, что здесь могут действовать силы, аналогичные тем, что вызывают приливы и отливы в земных океанах. Они планируют проверить, растягивает ли планету ее звезда и как это может объяснить высокую температуру ядра.