Астрономы используют телескоп Уэбб для исследования «парового мира» в созвездии Рыб

Исследование показало, что атмосфера планеты содержит высокую концентрацию более тяжелых молекул, включая значительное количество водяного пара. Автор: НАСА, ЕКА, Лия Хастак (STSCI), Ральф Кроуфорд (STSCI)

Международное исследование, проведенное под руководством Канады, позволило по-новому взглянуть на атмосферу GJ 9827 d — экзопланеты, вращающейся вокруг звезды GJ 9827 в созвездии Рыб, примерно в 98 световых годах от Земли, - с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).

Исследование показало, что атмосфера планеты содержит высокую концентрацию более тяжелых молекул, включая значительное количество водяного пара, что наводит астрономов на мысль о том, что это вполне может быть «паровой мир».

Исследование, опубликованное в Astrophysical Journal Letters, было проведено под руководством Кэролайн Пиоле-Горайеб, кандидата наук из Института исследований экзопланет имени Троттье при Монреальском университете (IREx), в сотрудничестве с исследователями по всему миру.

Ранее в этом году, используя данные космического телескопа Хаббла (HST), исследователи IREx объявили, что обнаружили воду в атмосфере GJ 9827 d, что делает ее, примерно в два раза превышающую размеры Земли, самой маленькой экзопланетой с подтвержденной атмосферой.

В совокупности эти важные находки открывают новые возможности для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы и углубляют наше понимание формирования и состава планет.

Цель, которая до сих пор оставалась недостижимой

В течение многих лет ученые сосредоточились на обнаружении атмосфер у крупных газовых гигантов и мини-Нептунов — планет, намного превышающих Землю по размерам и в атмосферах которых преобладает водород, таких как Юпитер и Нептун в нашей Солнечной системе.

Но до сих пор обнаружение атмосфер вокруг небольших планет, более близких по размерам к Земле, оставалось недостижимой целью.

На данный момент все обнаруженные нами планеты, имеющие атмосферу, являются гигантами или, в лучшем случае, мини-Нептунами", - сказал Пиауле-Горайеб, ведущий автор исследования.

Атмосфера GJ 9827 d богата более тяжелыми молекулами.

Что отличает GJ 9827 d от других, так это ее состав.

Объединив данные JWST/NIRISS и HST, Пиауле-Горайеб показал, что, в отличие от атмосфер крупных планет, в которых преобладает водород, атмосфера GJ 9827 d богата более тяжелыми молекулами и содержит совсем немного водяного пара.

Это открытие знаменует собой первое достоверное обнаружение атмосферы экзопланеты, в которой водород не является доминирующим компонентом, что позволяет предположить наличие более тяжелой и богатой водой атмосферы.

"По молекулярной массе он ближе к атмосферам, богатым углекислым газом или азотом, которые мы в настоящее время ищем на небольших каменистых планетах, где мы в конечном итоге будем искать жизнь", - сказал Пиауле-Горайеб.

Она и ее команда проводили свои наблюдения с помощью канадского прибора JWST, тепловизора ближнего инфракрасного диапазона и спектрографа без щелей (NIRISS). Используя спектроскопию пропускания, они проанализировали звездный свет, проходящий через атмосферу планеты, когда она проходила перед своей звездой-хозяином, GJ 9827.

Затем они объединили новые наблюдения JWST с предыдущими наблюдениями HST, чтобы с уверенностью показать, что наблюдаемые спектральные особенности вызваны атмосферой планеты, а не загрязнением от звезды системы.

Благодаря данным, полученным от JWST/NIRISS SOSS, ученые, наконец, могут различать два типа атмосферы планеты: одна - облачная, с небольшим количеством тяжелых элементов, в основном водорода, в котором вода присутствует лишь в следовых количествах; другая - с высокой плотностью, в которой много более тяжелых элементов и много воды.

Поскольку GJ 9827 d находится близко к своей звезде, ее атмосфера, скорее всего, представляет собой смесь газа и перегретого плотного вещества, а не имеет отдельных слоев или облаков.

Считается, что она непригодна для жизни

Хотя сама GJ 9827 d считается непригодной для жизни из-за ее близости к звезде-хозяину и, как следствие, высокой температуры поверхности (около 350°C), это открытие является важным шагом вперед в поисках пригодной для жизни среды.

Наличие тяжелой, богатой водой атмосферы на такой маленькой планете, как GJ 9827 d, является доказательством того, что такие атмосферы существуют и могут быть изучены с точностью JWST.

И это, в конечном счете, делает перспективу обнаружения пригодных для жизни планет, похожих на Землю, более вероятной.

"Это огромный шаг к цели поиска атмосфер вокруг небольших планет, похожих на землю", - сказал Пиауле-Горайеб.

"GJ 9827 d - это первая планета, на которой мы обнаружили атмосферу, богатую тяжелыми молекулами, как и на планетах земной группы Солнечной системы, и первый за долгое время подтвержденный пример «парового мира», о котором заявило научное сообщество".

Считается, что такие «паровые миры» имеют плотную, богатую водой атмосферу без поверхностного льда или жидкой воды, а вместо этого поддерживают паровую атмосферу из-за своей близости к звездам-хозяевам. Они похожи на ледяные спутники Европу и Ганимед, только расположены достаточно близко к своим звездам, чтобы вода появлялась в виде пара в атмосфере, а не под слоем льда.

Астрономы надеются, что дальнейшие запланированные на ближайшие месяцы первые наблюдения за GJ 9827 d могут пролить больше света на компоненты ее паровой атмосферы.

Большая информация: Кэролайн Пиаулет-Горайеб и др., JWST/NIRISS, Раскрывает богатую водой атмосферу «Парового мира» GJ 9827 d в журнале Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad6f00

Источник: University of Montreal