Вебб на далекому міні-Нептуні шукає воду в атмосфері

Космічний телескоп імені Джеймса Вебба спостерігав за далекою планетою за межами нашої Сонячної системи, щоб виявити, чи є вона світом із високим відображенням і парною атмосферою. Це найближчий погляд на таємничий світ, «міні-Нептун», який був майже недоступний для попередніх спостережень.

І хоча планета під назвою GJ 1214 b занадто гаряча, щоб мати океани з рідкою водою, вода у випаровуваній формі все ще може становити основну частину її атмосфери.

Планета повністю вкрита якимось серпанком або хмарним шаром, сказала Еліза Кемптон, дослідниця з Університету Меріленда та провідний автор нової статті про планету, опублікованої в Nature:

«Атмосфера просто залишалася повністю прихованою від нас до цього спостереження».

Пошук води

Вона зазначила, що якщо планета справді багата водою, вона могла бути «водним світом» із великою кількістю водяного та крижаного матеріалу під час її формування.

Щоб подолати такий товстий бар’єр, дослідницька група скористалася новим підходом: на додаток до стандартних спостережень – захоплення світла головної зірки, яке пройшло крізь атмосферу планети – вони відстежували GJ 1214 b майже по всій його орбіті навколо зірки.

Спостереження демонструє потужність приладу Вебба середнього інфрачервоного діапазону (MIRI), який переглядає довжини хвиль світла за межами тієї частини електромагнітного спектру, яку бачать людські очі. Використовуючи MIRI, дослідницька група змогла створити своєрідну «теплову карту» планети, коли вона обертається навколо зірки.

Теплова карта показала – незадовго до того, як орбіта планети занесла її за зірку, і коли вона з’явилася з іншого боку – її денну та нічну сторони, розкриваючи деталі складу атмосфери.

«Можливість вийти на повну орбіту була дуже важливою для розуміння того, як планета розподіляє тепло від денної сторони до нічної», — сказала Кемптон.

За її словами, між днем ​​і ніччю великий контраст. Нічна сторона холодніша за денну. Насправді температура змінилася від 279 до 165 градусів за Цельсієм.

Такий великий зсув можливий лише в атмосфері, що складається з більш важких молекул, таких як вода або метан, які виглядають схожими при спостереженні MIRI. Це означає, що атмосфера GJ 1214 b не складається в основному з легших молекул водню, що є потенційно важливою підказкою щодо історії та формування планети – і, можливо, її водяного початку.

«Це не первісна атмосфера», — зазначила вчена.

Вона не відображає складу головної зірки, навколо якої планета утворилася. Замість цього вона або втратила багато водню, якщо спочатку була багата на водень атмосфера, або вона утворилася з більш важких елементів – більш крижаного, багатого водою матеріалу.

Холодніше, ніж очікувалося

І хоча на планеті гаряче за людськими стандартами, вона набагато прохолодніша, ніж очікувалося. Це тому, що її надзвичайно блискуча атмосфера, яка стала несподіванкою для дослідників, відбиває велику частину світла від материнської зірки, а не поглинає його, та стає гарячішою.

Нові спостереження можуть відкрити двері для глибших знань про тип планети, оповитий невизначеністю. Міні-Нептуни – або субнептуни, як їх називають у статті – є найпоширенішим типом планет у галактиці, але загадковими для нас, оскільки вони не зустрічаються в нашій Сонячній системі. Вимірювання на даний момент показують, що вони загалом схожі, скажімо, на зменшену версію нашого власного Нептуна. Крім того, мало що відомо.

Протягом останнього майже десятиліття єдине, що ми дійсно знали про цю планету, це те, що атмосфера була хмарною або туманною, зазначив Роб Зеллем, дослідник екзопланет, який працює разом із співавтором і колегою дослідником екзопланет Тіффані Катаріа в Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії:

“Ця стаття має дуже круті наслідки для додаткових детальних інтерпретацій клімату — для детального вивчення фізики, що відбувається всередині атмосфери цієї планети”.

Формування планети

Нова робота припускає, що планета могла сформуватися далі від своєї зірки, типу, відомого як червоний карлик, а потім по спіралі поступово наближалася до своєї нинішньої близької орбіти. Рік планети – один оберт навколо зірки – займає лише 1,6 земних днів.

«Найпростіше пояснення, якщо ви знайдете дуже багату водою планету, полягає в тому, що вона утворилася далі від головної зірки», — сказала Кемптон.

Будуть потрібні подальші спостереження, щоб визначити більше деталей про GJ 1214 b, а також про історію формування інших планет класу міні-Нептун. Хоча водяниста атмосфера здається ймовірною для цієї планети, значний компонент метану також можливий. І для того, щоб зробити ширші висновки про те, як утворюються міні-Нептуни, знадобиться більш глибоке спостереження за ними.

«Сподіваюся, спостерігаючи за цілою популяцією таких об’єктів, ми зможемо створити послідовну історію», — додала Кемптон.