Космічний телескоп Джеймса Вебба щойно зробив ще одну першу перемогу: молекулярний і хімічний портрет неба далекого світу. У той час як Webb та інші космічні телескопи, включаючи космічний телескоп Hubble, раніше виявляли окремі інгредієнти цієї нагрітої атмосфери планети, нові показання надають повне меню атомів, молекул і навіть ознак активної хімії та хмар. Останні дані також дають натяк на те, як ці хмари можуть виглядати зблизька: розбиті, а не як одне однорідне покривало над планетою.
Набір високочутливих інструментів телескопа був навчений на атмосфері WASP-39 b, «гарячого сатурна», що обертається навколо зірки приблизно за 700 світлових років від нас. Ця екзопланета розміром із Сатурн була однією з перших досліджених космічним телескопом Джеймса Вебба, коли він почав регулярні наукові операції. Результати схвилювали наукове співтовариство екзопланет. Вишукано чутливі інструменти Webb надали профіль атмосферних складових WASP-39 b і ідентифікували велику кількість вмісту, включаючи воду, діоксид сірки, монооксид вуглецю, натрій і калій.
Отримані дані вказують на здатність приладів Вебба проводити широкий спектр досліджень екзопланет — планет навколо інших зірок — на які сподівається наукова спільнота. Це включає зондування атмосфери менших кам’янистих планет, таких як у системі TRAPPIST-1.
«Ми спостерігали за екзопланетою за допомогою кількох інструментів, які разом охоплюють широкий діапазон інфрачервоного спектру та масу хімічних відбитків, недоступних до JWST», — заявила Наталі Баталья, астроном з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі, яка брала участь у координації нове дослідження. «Такі дані змінюють правила гри».
Склад атмосфери WASP-39 b
Серед безпрецедентних відкриттів – перше виявлення в атмосфері екзопланети діоксиду сірки, молекули, що утворюється в результаті хімічних реакцій, викликаних світлом високої енергії від материнської зірки планети. На Землі захисний озоновий шар у верхніх шарах атмосфери створюється подібним чином.
«Це перший раз, коли ми бачили конкретні докази фотохімії — хімічних реакцій, ініційованих енергійним зоряним світлом — на екзопланетах, — сказав Шанг-Мін Цай, дослідник Оксфордського університету у Великій Британії та провідний автор статті, що пояснює, походження діоксиду сірки в атмосфері WASP-39 b. – Я вважаю це справді багатообіцяючою перспективою для вдосконалення нашого розуміння атмосфер екзопланет».
Це призвело до ще одного першого: вчені застосували комп’ютерні моделі фотохімії до даних, які потребують повного пояснення такої фізики. Отримані вдосконалення в моделюванні допоможуть створити технологічні ноу-хау, необхідні для інтерпретації потенційних ознак придатності для проживання в майбутньому.
«Планети формуються та трансформуються, обертаючись у радіаційній ванні зірки-господаря», — сказав Баталья. «На Землі ці перетворення дозволяють процвітати життю».
Близькість планети до рідної зірки — у вісім разів ближче, ніж Меркурій до нашого Сонця — також робить її лабораторією для вивчення впливу радіації від власних зірок на екзопланети. Кращі знання про зв’язок зірок і планет мають принести глибше розуміння того, як ці процеси впливають на різноманітність планет, які спостерігаються в галактиці.
Інші компоненти атмосфери
Інші компоненти атмосфери, виявлені телескопом Webb, включають натрій (Na), калій (K) і водяну пару (H2O), підтверджуючи попередні спостереження космічного та наземного телескопів, а також знаходячи додаткові відбитки води на цих довших хвилях, яких раніше не бачили.
Вебб також спостерігав вуглекислий газ (CO2) з вищою роздільною здатністю, надаючи вдвічі більше даних, ніж повідомлялося з попередніх спостережень. Тим часом було виявлено окис вуглецю (CO), але очевидні ознаки метану (CH4) і сірководню (H2S) були відсутні в даних Webb. Якщо присутні, ці молекули зустрічаються на дуже низьких рівнях.
Щоб охопити цей широкий спектр атмосфери WASP-39 b, міжнародна команда, яка налічує сотні незалежно один від одного проаналізувала дані чотирьох точно відкаліброваних режимів приладів телескопа Webb.
Наявність такого повного переліку хімічних інгредієнтів в атмосфері екзопланети також дає вченим можливість уявити велику кількість різних елементів по відношенню один до одного, наприклад, співвідношення вуглецю до кисню або калію до кисню. Це, у свою чергу, дає зрозуміти, як ця планета — і, можливо, інші — утворилися з диска газу та пилу, що оточував материнську зірку в молоді роки.
Хімічний інвентар WASP-39 b свідчить про історію руйнувань і злиття менших тіл, які називаються планетезималями, для створення остаточного голіафа планети.
Виявляючи точні деталі атмосфери екзопланети, інструменти телескопа Вебба перевершили очікування вчених і обіцяють новий етап дослідження широкого розмаїття екзопланет у галактиці.
