Нове дослідження за допомогою космічного телескопа НАСА “Джеймс Вебб” екзопланети K2-18 b, яка у 8,6 разів масивніша за Землю, виявило наявність вуглецевмісних молекул, зокрема метану та вуглекислого газу. Відкриття Вебба доповнює нещодавні дослідження, які вказують на те, що K2-18 b може бути екзопланетою типу Hycean, тобто мати багату на водень атмосферу і поверхню, вкриту водним океаном.
Перше уявлення про атмосферні властивості цієї екзопланети з придатною для життя зоною дали спостереження за допомогою космічного телескопа НАСА “Габбл”, що спонукало до подальших досліджень, які відтоді змінили наше уявлення про цю систему.
Екзопланета K2-18 b та її гідросфера
K2-18 b обертається навколо холодної карликової зорі K2-18 у придатній для життя зоні і знаходиться на відстані 120 світлових років від Землі у сузір’ї Лева. Такі екзопланети, як K2-18 b, що мають розміри між Землею і Нептуном, не схожі ні на що в нашій Сонячній системі. Відсутність еквівалентних планет поблизу 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 екзопланетою з гідросфери, є інтригуючим, оскільки деякі астрономи вважають, що ці світи є перспективним середовищем для пошуку доказів існування життя на екзопланетах.
“Наші результати підкреслюють важливість врахування різноманітних придатних для життя середовищ при пошуку життя деінде”, – пояснив Нікку Мадхусудхан, астроном з Кембриджського університету і провідний автор статті, в якій повідомляється про ці результати.
За його словами, традиційно пошук життя на екзопланетах зосереджувався переважно на менших кам’янистих планетах, але більші гіацианські світи значно сприятливіші для спостережень за атмосферою.
Велика кількість метану і вуглекислого газу та нестача аміаку підтверджують гіпотезу про те, що під атмосферою, багатою на водень, на K2-18 b може існувати водний океан. Ці початкові спостереження “Вебба” також дозволили виявити молекулу під назвою диметилсульфід (DMS). На Землі він виробляється лише живими організмами. Основна частина ДМС в атмосфері Землі виділяється фітопланктоном у морському середовищі.
Ілюстрація: NASA, CSA, ESA, R. Crawford (STScI), J. Olmsted (STScI), Наука: Н. Мадхусудхан (Кембриджський університет)
Субнептуни
Висновки DMS є менш надійними і потребують подальшої перевірки. “Майбутні спостереження Вебба зможуть підтвердити, чи дійсно DMS присутній в атмосфері K2-18 b на значних рівнях”, – пояснив Мадхусудхан.
Хоча K2-18 b знаходиться в зоні, придатній для життя, і, як відомо, містить вуглецевмісні молекули, це не обов’язково означає, що планета може підтримувати життя. Великий розмір планети – радіус у 2,6 рази більший за радіус Землі – означає, що її надра, ймовірно, містять велику мантію льоду високого тиску, як у Нептуна, але з більш тонкою, багатою на водень атмосферою і поверхнею океану. Передбачається, що гіокеанські світи повинні мати океани води. Однак також можливо, що океан занадто гарячий, щоб бути придатним для життя або рідким.
“Хоча такого типу планет не існує в нашій Сонячній системі, субнептуни є найпоширенішим типом планет у галактиці”, – пояснив член команди Субхаджит Саркар з Кардіффського університету.
Вчені отримали найдетальніший на сьогоднішній день спектр субнептуна з придатною для життя зоною, і це дозволило нам дослідити молекули, які існують в його атмосфері.
Характеристика атмосфер екзопланет на кшталт K2-18 b – тобто визначення їхніх газів та фізичних умов – є дуже активним напрямком в астрономії. Однак ці планети затьмарюються – в буквальному сенсі – відблисками своїх набагато більших батьківських зірок, що робить дослідження атмосфер екзопланет особливо складним завданням.
Чутливість Вебба
Команда обійшла цю проблему, проаналізувавши світло від материнської зірки K2-18 b, коли воно проходило крізь атмосферу екзопланети. K2-18 b – транзитна екзопланета, а це означає, що ми можемо виявити падіння яскравості, коли вона проходить через поверхню своєї материнської зорі. Саме так екзопланету було вперше відкрито у 2015 році за допомогою місії NASA K2.
Це означає, що під час транзитів крихітна частка зоряного світла проходить крізь атмосферу екзопланети, перш ніж потрапить до таких телескопів, як Вебб. Проходження зоряного світла через атмосферу екзопланети залишає сліди, які астрономи можуть зібрати воєдино, щоб визначити гази атмосфери екзопланети.
“Цей результат став можливим лише завдяки розширеному діапазону довжин хвиль і безпрецедентній чутливості “Вебба”, що уможливило надійне виявлення спектральних особливостей лише за двома транзитами”, – сказав Мадхусудхан.
Для порівняння, спостереження одного транзиту за допомогою “Вебба” забезпечило точність, порівнянну з вісьмома спостереженнями за допомогою “Габбла”, проведеними протягом кількох років і у відносно вузькому діапазоні довжин хвиль”.
“Ці результати є результатом лише двох спостережень K2-18 b, і ще багато спостережень на підході”, – пояснив член команди Саввас Константіну з Кембриджського університету.
Це означає, що ця робота є лише ранньою демонстрацією того, що “Вебб” може спостерігати на екзопланетах з придатними для життя зонами.
Результати команди були прийняті до публікації в журналі The Astrophysical Journal Letters.
Подальші дослідження
Тепер команда має намір провести подальші дослідження за допомогою спектрографа MIRI (Mid-Infrared Instrument) телескопа, які, як вони сподіваються, ще більше підтвердять їхні висновки і дадуть нові уявлення про умови навколишнього середовища на K2-18 b.
“Наша кінцева мета – виявлення життя на придатній для життя екзопланеті, що змінило б наше розуміння нашого місця у Всесвіті”, – підсумував Мадхусудхан.
Результати вчених є багатообіцяючим кроком на шляху до глибшого розуміння океанічних позаземних світів.
