«Джеймс Уэбб» обнаружил редкую планету-гигант с удивительно земной температурой

Художественное изображение газового гиганта, вращающегося вокруг далекой звезды. Новое исследование, проведенное астрономами из Университета штата Пенсильвания и Лаборатории реактивного движения, использовало космический телескоп «Джеймс Уэбб» для анализа атмосферы газового гиганта размером с Сатурн, но с температурой, близкой к земной. Выяснилось, что атмосфера богата метаном. Credit: NASA/JPL-Caltech

Астрономы, использующие космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), провели детальный анализ атмосферы редкой планеты-гиганта, температура которой удивительно близка к земной. Согласно новому исследованию, мир размером с Сатурн, известный как TOI-199b, содержит в своей атмосфере метан.

Это открытие примечательно тем, что планеты-гиганты обычно находятся в экстремальных температурных условиях. В нашей Солнечной системе Юпитер и Сатурн чрезвычайно холодны, так как вращаются далеко от Солнца. Многие экзопланеты-гиганты, обнаруженные за пределами Солнечной системы, являются «горячими юпитерами» — мирами, которые вращаются очень близко к своим звездам и достигают температуры в тысячи градусов.

TOI-199b находится где-то посередине. Это одна из немногих известных «умеренных» планет-гигантов, и, по словам исследователей, это первый случай, когда атмосфера такой планеты была изучена столь подробно.

Полученные данные могут помочь ученым улучшить модели формирования и эволюции планет и их атмосфер. Исследователи также отмечают, что эта работа может в будущем дать новое понимание атмосферы самой Земли.

Исследование, проведенное под руководством ученых из Университета штата Пенсильвания и Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) при Калифорнийском технологическом институте, было опубликовано 20 мая в журнале The Astronomical Journal.

«Одно из главных преимуществ изучения планет за пределами нашей Солнечной системы, известных как экзопланеты, — это возможность изучать множество различных типов планет, особенно тех, которых нет в Солнечной системе, чтобы узнать, как формируются и эволюционируют планетные системы, — сказал Ренью Ху, доцент кафедры астрономии и астрофизики в Колледже наук Эберли Университета штата Пенсильвания и руководитель исследовательской группы. — С момента открытия первой экзопланеты в 1992 году группой, в которую входил Александр Вольщан из Университета штата Пенсильвания, астрономы обнаружили тысячи экзопланет. Но известно лишь несколько «умеренных» планет-гигантов, и это первый раз, когда мы смогли подробно изучить атмосферу одной из них».

Планета-гигант с удивительно мягкой температурой

TOI-199b вращается вокруг звезды, расположенной на расстоянии более 330 световых лет от Земли, и совершает один оборот примерно за 100 дней.

Температура планеты оценивается примерно в 80 градусов по Цельсию. Хотя по земным меркам это все еще очень жарко, это намного прохладнее, чем у большинства изученных планет-гигантов. Для сравнения, температура внутри припаркованных на солнце автомобилей на Земле может легко достигать аналогичных значений.

Это делает TOI-199b гораздо более мягким по сравнению с горячими юпитерами, но при этом значительно теплее, чем замерзшие газовые гиганты в нашей Солнечной системе, где температура может опускаться на сотни градусов ниже нуля.

Как JWST изучал атмосферу планеты

Для исследования атмосферы TOI-199b исследователи использовали метод транзитной спектроскопии. Эта техника позволяет астрономам изучать звездный свет, проходящий через атмосферу планеты, когда она движется по диску своей звезды с точки зрения телескопа.

JWST разделяет свет звезды на разные длины волн, подобно тому, как призма разделяет белый свет на радугу.

«Когда планета проходит перед своей звездой, часть звездного света проходит через атмосферу планеты, где взаимодействует с элементами и молекулами в атмосфере, — объяснил Аарон Белло-Аруфе, постдокторант JPL и первый автор статьи. — Определенные элементы поглощают определенные длины волн света, создавая отпечаток в спектре света, который обнаруживает JWST, отражающий состав атмосферы».

Сначала исследователи собрали около 20 часов непрерывных наблюдений, чтобы установить базовый уровень света звезды. Сам планетарный транзит длился около семи часов, что намного дольше, чем транзиты, обычно наблюдаемые у горячих юпитеров, которые могут длиться час и менее.

Затем ученые сравнили спектр света, зарегистрированный во время транзита, с базовыми измерениями. Различия показали, какие длины волн были поглощены атмосферой планеты, что позволило команде идентифицировать присутствующие газы.

Метан, обнаруженный в атмосфере TOI-199b

«Когда мы сравнили спектры во время транзита с базовыми, мы увидели, что атмосфера блокировала длины волн звездного света, поглощаемые метаном, — сказал Белло-Аруфе. — Модели состава «умеренных» газовых гигантов предсказывали, что они будут содержать метан, поэтому приятно получить подтверждение, что наши теории верны».

Помимо метана, наблюдения также намекнули на присутствие аммиака и углекислого газа.

«С помощью дополнительных наблюдений этой планеты мы могли бы установить относительное содержание этих различных газов в ее атмосфере, — сказал Ху. — Эта более полная картина атмосферы «умеренного» газового гиганта может быть использована для улучшения наших моделей и, возможно, для лучшего понимания того, как формируются и эволюционируют планеты и их атмосферы, включая Землю. Успех этого первого исследования атмосферы «умеренной» планеты-гиганта также дает нам уверенность в том, чтобы выделить больше ресурсов и времени наблюдений для изучения других подобных планет. Тогда мы сможем увидеть, уникальна ли эта планета или существуют общие общие характеристики для этого типа планет».

В состав исследовательской группы также вошли ученые из Университета штата Аризона, Университета Джонса Хопкинса, Института науки Карнеги, Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

Исследование было профинансировано НАСА через грант Научного института космического телескопа.

Источники:

Материалы предоставлены Университетом штата Пенсильвания.

Aaron Bello-Arufe, Renyu Hu, Mantas Zilinskas, Jeehyun Yang, Armen Tokadjian, Luis Welbanks, Guangwei Fu, Michael Greklek-McKeon, Mario Damiano, Jonathan Gomez Barrientos, Heather A. Knutson, David K. Sing, Xi Zhang. Метан на «умеренном» экзо-Сатурне TOI-199 b. The Astronomical Journal, 2026; 171 (6): 354 DOI: 10.3847/1538-3881/ae4fba