Астрономи знайшли екзо-Юпітер, і на ньому є хмари

Команда астрономів під керівництвом Елізабет Метьюз з Інституту астрономії Макса Планка (MPIA) зробила відкриття, яке підкреслює обмеження більшості сучасних моделей атмосфер екзопланет: водяно-льодові хмари на далекій екзопланеті, схожій на Юпітер, під назвою Епсілон Інді Ab. Результати були опубліковані в журналі Astrophysical Journal Letters.

Елізабет Метьюз, провідний автор дослідження, каже: «JWST нарешті дозволяє нам детально вивчати екзопланети. Якби ми були інопланетянами, що знаходяться за кілька світлових років від нас і дивилися на Сонце, JWST був би першим телескопом, який дозволив би нам детально вивчати Юпітер. Однак для детального вивчення Землі нам знадобилися б набагато досконаліші телескопи».

Вивчення аналогів Юпітера виявилося дуже складним. Майже всі газові гіганти, досліджені за допомогою JWST досі, відрізняються від Юпітера тим, що вони набагато, набагато гарячіші — щоб найпоширеніший метод вивчення атмосфер екзопланет працював, планета повинна пройти між своєю зіркою і спостерігачем на Землі. Ймовірність такої події набагато вища, коли планета знаходиться ближче до своєї зірки, що, у свою чергу, робить планету порівняно гарячою.

Метьюз та її колеги використали інструмент MIRI середнього інфрачервоного діапазону JWST для отримання прямих зображень планети Епсілон Інді Ab.

Умовне позначення екзопланети вказує на першу відкриту планету, яка обертається навколо зірки Епсілон Інді A в сузір’ї Індіанець Південної півкулі.

Бхавеш Раджпут, докторант Інституту астрономії імені Макса Планка, який зробив внесок у дослідження, каже: «Ця планета має значно більшу масу, ніж Юпітер. Нове дослідження фіксує її масу на рівні 7,6 мас Юпітера, але діаметр приблизно такий самий, як і у її побратима з Сонячної системи».

Епсілон Інді Ab знаходиться приблизно в чотири рази далі від своєї зірки, ніж Юпітер від Сонця. Сама зірка Епсілон Інді А менш масивна та менш гаряча, ніж наше Сонце. Це робить температуру поверхні Епсілон Інді Ab дуже низькою, приблизно від 200 до 300 Кельвінів (від -70 до +20 градусів Цельсія).

Причина, чому планета трохи тепліша за Юпітер (140 К), полягає в тому, що на ній ще залишається багато тепла з фази формування планети. Протягом наступних мільярдів років Епсілон Інді Ab буде поступово охолоджуватися, зрештою стаючи холоднішою за Юпітер.

Астрономи використовували коронограф приладу MIRI, щоб заблокувати світло центральної зірки, яке в іншому випадку затьмарювало б набагато тьмяніше світло планети. Потім вони зробили зображення через дуже специфічний фільтр: 11,3 мкм, що знаходиться трохи далі за межами області довжин хвиль близько 10,6 мкм, характерної для молекул аміаку NH₃.

Порівняння із зображеннями на 10,6 мкм, які Метьюз та її команда вже зробили у 2024 році, дозволило астрономам оцінити кількість присутнього аміаку.

На Юпітері як газоподібний аміак, так і аміачні хмари домінують у верхніх шарах атмосфери, що видно під час спостережень. Вважалося, що Епсілон Інді Ab також містить величезну кількість газоподібного аміаку, хоча й не аміачні хмари. Дивно, але фотометричне порівняння показало дещо менше аміаку, ніж очікувалося.

Найкращим поясненням цього дефіциту, яке знайшли Метьюз та її колеги, була наявність товстих, але плямистих хмар водяного льоду, подібних до високогірних перистих хмар в атмосфері Землі — несподіване ускладнення.

Інтерпретуючи спостереження такого роду, астрономи порівнюють свої дані з моделюванням планетарних атмосфер. Але більшість опублікованих моделей не враховують хмари, оскільки їхня присутність значно ускладнює обчислення.
Джеймс Манг (Техаський університет в Остіні), співавтор дослідження, каже: «Це велика проблема, і вона свідчить про величезний прогрес, якого ми досягаємо завдяки JWST.

«Те, що колись здавалося неможливим виявити, тепер доступне, що дозволяє нам дослідити структуру цих атмосфер, включаючи наявність хмар». Це виявляє нові рівні складності, які наші моделі зараз починають вловлювати, і відкриває двері до ще детальнішої характеристики цих холодних, далеких світів.”