Атмосфера далекой планеты, похоже, богата серой, что намекает на существование инопланетных вулканов

11 ноября 2024, 20:37 / Наука → Новости / Наука

Потенциальное обнаружение диоксида серы и сероводорода намекает на расплавленную или вулканическую поверхность. Автор: <a class="source" href="https://npgallery.nps.gov/AssetDetail/67cd8153-f04a-43c9-a673-b18282d03736">USGS Photo</a>

Сегодня нам известно о более чем 5000 экзопланет: планет за пределами нашей солнечной системы, которые вращаются вокруг других звезд. Пока продолжаются попытки открыть новые миры, мы постоянно узнаем больше об уже обнаруженных нами экзопланетах: их размерах, из чего они сделаны и есть ли у них атмосфера.

Наша команда теперь предоставила предварительные доказательства наличия богатой серой атмосферы на планете, которая в 1,5 раза больше Земли и находится в 35 световых годах от нас. Если это подтвердится, это будет самая маленькая из известных экзопланет с атмосферой. Потенциальное присутствие газов диоксида серы (SO₂)и сероводорода (H₂S) в этой атмосфере намекает на расплавленную или вулканическую поверхность.

В нашей солнечной системе есть две различные категории планет — небольшие каменистые, включая Землю и Марс, и газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн. Однако экзопланеты охватывают большой спектр размеров. В нашей солнечной системе нет планеты, размер которой попадает в диапазон между Землей и Нептуном, но оказывается, что это самый распространенный тип планет, которые мы видели вокруг других звезд в нашей галактике.

Те, что ближе к размеру Нептуна, называются субнептунами, а те, что ближе к размеру Земли, называются суперземлями. L 98-59 d — это суперземля, немного больше и тяжелее Земли. Состав атмосфер этих планет все еще остается открытым вопросом, который мы только начинаем исследовать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), запущенного в 2021 году.

L 98-59 d была открыта в 2019 году с помощью космического телескопа НАСА Tess. Большинство экзопланет, включая L 98-59 d, были обнаружены с помощью «транзитного метода». Он измеряет крошечные провалы в звездном свете, когда планета проходит перед звездой. Этот провал более выражен для более крупных планет и позволяет нам выяснить размер планеты.

Даже JWST не может отделить эти крошечные планеты от их звезд-хозяев, поскольку они вращаются вокруг своих звезд слишком близко. Но есть способ увидеть атмосферу планеты из этого запутанного света. Когда планета проходит перед своей звездой, часть звездного света просачивается через атмосферу планеты, ударяясь о молекулы или атомы газа, присутствующие там, на своем пути к нам на Землю.

Каждый газ изменяет свет своим собственным характерным образом. Из света, который мы получаем от этой звездной системы, мы можем сделать вывод о составе этой атмосферы. Это называется трансмиссионной спектроскопией, проверенной методикой, которая ранее использовалась для подтверждения наличия CO₂ в атмосфере экзопланеты.

Я являюсь частью международной группы ученых, которые использовали JWST для наблюдения одного транзита L 98-59 d через диск ее родительской звезды. Затем мы получили спектр пропускания атмосферы экзопланеты из этих наблюдений. Этот спектр намекнул на возможное наличие атмосферы, заполненной диоксидом серы и сероводородом. Эти результаты опубликованы в The Astrophysical Journal Letters

The Astrophysical Journal (с англ. — «Астрофизический Журнал», сокр. ApJ, Astrophys. J.) — научный журнал, издаваемый в США, в котором публикуются статьи по астрофизике и астрономии. Основан в 1895 году астрономами Джорджем Хейлом и Джеймсом Килером. Википедия

Далекая экзопланета может иметь некоторые сходства с луной Юпитера Ио. Автор: NASA/JPL/University of Arizona

Это открытие было удивительным, поскольку оно резко контрастирует с атмосферами каменистых планет в нашей собственной солнечной системе, где водяной пар и углекислый газ

Thumbnail: Диоксид углерода Диокси́д углеро́да или двуо́кись углеро́да (также оксид углерода(IV), углеки́слый газ, у́гольный ангидри́д, углекислота́, формула — CO2) — химическое вещество, представляющее собой бинарное неорганическое соединение в форме кислотного оксида, молекула которого состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. При нормальных условиях диоксид углерода — это бесцветный газ, без вкуса и практически без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом). Плотность при нормальных условиях — 1,98 кг/м3 (в 1,5 раза тяжелее воздуха). При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное (возгонка). Википедия

гораздо более распространены. Например, атмосфера Земли богата азотом и кислородом, со следовыми количествами водяного пара. Между тем, у Венеры плотная атмосфера, в которой преобладает углекислый газ. Даже у Марса тонкая атмосфера, в которой преобладает углекислый газ.

Затем мы использовали компьютерные модели, которые включают наше понимание планетарных атмосфер и света, исходящего от L 98-59 d, чтобы составить потенциальную картину состава атмосферы этой планеты. Отсутствие обычных газов, таких как углекислый газ, и присутствие SO₂ и H₂S предполагает, что атмосфера была сформирована совершенно другими процессами, нежели те, с которыми мы знакомы в нашей солнечной системе. Это намекает на уникальные и экстремальные условия на L 98-59 d, такие как расплавленная или вулканическая поверхность.

Для подтверждения наличия этих газов потребуются дополнительные наблюдения. Наблюдения JWST ранее обнаружили признаки SO₂ на экзопланете, но это был газовый гигант, а не потенциально каменистый мир, такой как L 98-59 d.

Экзовулканы?

Потенциальное присутствие SO₂ и H₂S поднимает вопросы об их происхождении. Одной из взрывоопасных возможностей является вулканизм, вызванный приливным нагревом, очень похожим на тот, что наблюдается на спутнике Юпитера Ио. Гравитационное притяжение звезды-хозяина на этой планете растягивает и сжимает ее по мере движения по своей орбите. Это движение может нагреть центр планеты, расплавив ее недра и вызвав экстремальные вулканические извержения и, возможно, даже океаны магмы.

В сочетании с его близким расположением к звезде (год на этой планете равен семи с половиной земным дням) на поверхности могут достигаться поистине адские температуры. Если будущие наблюдения подтвердят наличие такой атмосферы, это будет не только самая маленькая экзопланета с обнаруженной атмосферой, но и важный шаг к пониманию природы таких планет.

Обнаружение атмосфер на небольших каменистых планетах исключительно сложно, поскольку планеты очень малы по сравнению со звездами-хозяевами, а также поскольку интенсивное излучение от их звезд-хозяев часто лишает их атмосферы. Эти наблюдения, хотя и заманчивы, получены только в результате одного транзита. Это означает, что инструментальный шум и другие факторы не позволяют нам делать статистически обоснованные заявления. Будущие наблюдения JWST получат ключевое значение для подтверждения или опровержения нашего анализа.

L 98-59 d, возможно, не является кандидатом на жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, но изучение ее сернистой атмосферы и потенциального вулканизма дает ценную информацию о мирах вокруг других звезд. Такие экстремальные миры помогают нам понять разнообразие планетарной эволюции по всей галактике.

Больше информации: Agnibha Banerjee et al, Atmospheric Retrievals Suggest the Presence of a Secondary Atmosphere and Possible Sulfur Species on L98-59 d from JWST Nirspec G395H Transmission Spectroscopy, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad73d0
Amélie Gressier et al, Hints of a Sulfur-rich Atmosphere around the 1.6 R ⊕ Super-Earth L98-59 d from JWST NIRspec G395H Transmission Spectroscopy, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad73d1 Больше информации: Agnibha Banerjee et al, Atmospheric Retrievals Suggest the Presence of a Secondary Atmosphere and Possible Sulfur Species on L98-59 d from JWST Nirspec G395H Transmission Spectroscopy, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad73d0
Amélie Gressier et al, Hints of a Sulfur-rich Atmosphere around the 1.6 R ⊕ Super-Earth L98-59 d from JWST NIRspec G395H Transmission Spectroscopy, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad73d1

Источник: The Conversation