Ученые расшифровали загадочную атмосферу экзопланеты «Розеттский камень»

Исследование под руководством SwRI смоделировало химию TOI-270 d, экзопланеты размером между Землей и Нептуном, и обнаружило доказательства того, что это гигантская каменистая планета (суперземля), окруженная плотной горячей атмосферой. JWST НАСА обнаружил газы, исходящие из области атмосферы с температурой более 1000 градусов по Фаренгейту — горячее, чем поверхность Венеры. Модель иллюстрирует потенциальный магматический океан, удаляющий аммиак из атмосферы. Затем горячие газы проходят процесс уравновешивания и поднимаются в фотосферу планеты, где JWST может их обнаружить. Автор: Southwest Research Institute

Исследование, проведенное Юго-Западным исследовательским институтом, смоделировало химию TOI-270 d, экзопланеты размером между Землей и Нептуном, и обнаружило доказательства того, что это может быть гигантская каменистая планета, окутанная толстой, горячей атмосферой. TOI-270 d находится всего в 73 световых годах от Земли и может служить «Розеттским камнем» для понимания целого класса новых планет.

«Природа субнептунов — одна из самых актуальных тем в экзопланетной науке», — сказал доктор Кристофер Глейн из SwRI, первый автор статьи, принятой к публикации в Astrophysical Journal и доступной на сервере препринтов arXiv.

«Эти субнептуны представляют собой наиболее распространенный диапазон размеров планет в галактике, однако ни одна из них не существует в нашей солнечной системе. Они экзотические. Умеренные субнептуны представляют еще больший интерес, поскольку некоторые из них могут быть пригодными для жизни».

Ученые предположили, что экзопланеты, вращающиеся в обитаемой зоне, где на поверхности планет может существовать жидкая вода, могут быть огромными океаническими мирами с тонкой атмосферой, богатой водородом, называемыми «Hycean» (водородно-океаническими) мирами. Например, планета K2-18 b считалась миром Hycean. Однако недавние данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) с TOI-270 d показывают, что более простая модель, основанная на гигантской (суперземельной) каменистой внутренней части, окутанной толстой, горячей атмосферой, может лучше объяснить эти данные.

«Поиск пригодных для жизни миров продолжается. Данные JWST по TOI-270 d, собранные Бьорном Беннеке и его командой, являются революционными», — сказал Глейн.

«Я был потрясен уровнем детализации, который они извлекли из атмосферы такой маленькой экзопланеты, что дает невероятную возможность узнать историю совершенно чужой планеты. Обнаружив такие молекулы, как углекислый газ, метан и вода, мы могли бы начать заниматься геохимией, чтобы узнать, как образовался этот необычный мир».

JWST НАСА обнаружил газы, которые указывают на температуру более 1000 градусов по Фаренгейту — горячее, чем поверхность Венеры. Новая геохимическая модель иллюстрирует, как газы проходят процесс равновесного состояния при этих температурах, а затем поднимаются вверх, где JWST может их обнаружить.

«Хотя немного разочаровывает тот факт, что TOI-270 d вряд ли пригодна для жизни, эта планета все равно предлагает фантастическую возможность исследовать альтернативные пути происхождения и эволюции планет», — сказал Глейн. «Мы узнаем гораздо больше о безумных конфигурациях планет, которые придумывает природа».

Ученые были озадачены отсутствием аммиака в атмосферах умеренных суб-Нептунов. Предыдущие модели предполагали, что аммиак должен вырабатываться в плотных, горячих атмосферах, богатых водородом.

Эта новая работа представляет собой комплексную перспективу для объяснения того, как аммиак истощается посредством сочетания планетарных процессов, включая высокотемпературное производство азотного газа и растворение аммиака в перегретом океане расплавленной породы на поверхности планеты. Команда Глейна также обнаружила, что сама планета, вероятно, бедна азотом, поскольку твердые строительные блоки планет, такие как хондритовые метеориты, обычно бедны азотом.

«Я вижу много параллелей между планетарной наукой и биологией», — сказал Глейн. «Основной набор строительных блоков и правил для взаимодействий приводит к взрыву разнообразных форм. Мы начинаем видеть, как часть этого разнообразия проявляется в композиционных подписях JWST».

Это исследование показывает, что экзопланетная геохимия теперь приближается к уровню сложности, сопоставимому с достигнутым в нашей собственной солнечной системе. Геохимические инструменты, разработанные для солнечной системы, теперь могут быть применены к атмосферам экзопланет. Эти исследования дают новое понимание атмосферных температур, возможных магматических океанов и происхождения планетарных атмосфер.

«Мы хотели нарисовать более полную картину внутреннего устройства и истории экзопланеты, подойдя к проблеме с разных сторон», — сказал Глейн. «В последний раз, когда я проверял, мы обнаружили более 5800 подтвержденных экзопланет. TOI-270 d — лишь одна из них. Будет очень интересно узнать, что припасла для нас следующая экзопланета».

Больше информации: Christopher R. Glein et al, Deciphering Sub-Neptune Atmospheres: New Insights from Geochemical Models of TOI-270 d, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2504.09752

Источник: Southwest Research Institute