Астрономы обнаружили молодую экзопланету с необычно бедной металлами атмосферой

Схематическое изображение атмосферы крайне молодой транзитной экзопланеты V1298 Tau b. Авторы: Жан-Мишель Десер/ Саугата Барат/ Камалика Чакраборти.

Астрономы изучили атмосферу молодой (возрастом 20 млн лет) транзитной экзопланеты и обнаружили, что она необычно прозрачная и «раздутая». Анализ атмосферных особенностей позволил точно измерить массу планеты, превзойдя традиционные методы динамических измерений, такие как метод лучевых скоростей, которые плохо работают с такими активными молодыми звёздами. Учёные выяснили, что V1298 Tau b является прото-субнептуном, который всё ещё горячий и раздутый после недавнего формирования.

Команда под руководством Саугаты Барата (MIT, США) и его научного руководителя Жан-Мишеля Десера (Амстердамский университет, Нидерланды) использовала космический телескоп «Джеймс Уэбб» для изучения очень молодой планеты. Их результаты приняты к публикации в Astrophysical Journal и уже доступны на сервере препринтов arXiv.

V1298 Tau b имеет возраст всего от 10 до 30 миллионов лет и обладает необычно прозрачной и раздутой атмосферой. Астрономы обнаружили сильные сигналы поглощения от молекул водяного пара, метана, углекислого газа, угарного газа, а также признаки сложных фотохимических процессов, включая возможное обнаружение диоксида серы (SO₂) и карбонилсульфида (OCS).

Бедная металлами

Несмотря на богатый спектр, атмосфера планеты удивительно бедна металлами — примерно в 100 раз менее обогащена, чем у зрелых субнептунов. Это говорит о том, что она всё ещё эволюционирует и со временем может стать более богатой металлами. Ещё одним сюрпризом стало обнаружение в 100 раз меньше метана, чем ожидалось, что может быть результатом экстремального внутреннего тепла и сильного вертикального перемешивания в атмосфере.

Такие высокие внутренние температуры не соответствуют стандартным моделям термической эволюции планет размером с субнептун, что ставит под сомнение текущее понимание их формирования и ранней эволюции. Эти результаты мотивируют дальнейшие исследования молодых планетных атмосфер, чтобы изучить, как их состав меняется со временем.

Атмосфера V1298 Tau b, вероятно, плохо перемешана и может иметь градиенты металличности, подобные тем, что наблюдаются у газовых гигантов Солнечной системы. Это может естественным образом объяснить как её низкую наблюдаемую металличность, так и высокое внутреннее тепло, согласовав наблюдения с существующими моделями формирования и эволюции.

Субнептуны

Барат отмечает: «Мы обнаружили, что V1298 Tau b имеет гораздо более прозрачную и бедную металлами атмосферу, а также более горячие недра, чем показывали предыдущие наблюдения субнептунов. Это говорит о том, что эволюционные процессы всё ещё продолжаются и потенциально могут изменить состав атмосферы этой планеты с возрастом».

Он добавляет: «Наблюдения с помощью JWST были необходимы для точного определения массы и состава атмосферы, так как они дали нам доступ к множеству молекулярных линий поглощения (H₂O, CH4, SO2, CO₂, CO) в ближнем инфракрасном диапазоне».

Больше молекул

Основываясь на предыдущих наблюдениях «Хаббла», команда надеялась обнаружить водяной пар в атмосфере планеты и, возможно, метан. Однако с помощью JWST они смогли измерить содержание не только этих двух молекул, но и других углеродсодержащих соединений (CO и CO₂), а также фотохимических продуктов, таких как SO2 и OCS. Десер говорит: «Когда писался этот проект, ни одна из этих молекул, кроме воды, не была уверенно обнаружена с помощью низкоразрешающей спектроскопии из космоса».

«В целом, эти результаты ставят под сомнение наше понимание того, как формируются и эволюционируют планеты-субнептуны. Мы показали, что на самых ранних этапах эти планеты обладают атмосферами, которые значительно отличаются от атмосфер их зрелых миллиардолетних аналогов», — заключает Десер.

После получения результатов по V1298 Tau b команда теперь участвует (в качестве соисследователей) в крупной программе JWST Cycle 3, которая изучит семь молодых транзитных планет возрастом от 20 до 200 миллионов лет, чтобы понять, как состав атмосферы меняется с возрастом.

Дополнительная информация: Saugata Barat et al, A metal-poor atmosphere with a hot interior for a young sub-Neptune progenitor: JWST/NIRSpec transmission spectrum of V1298 Tau b, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2507.08837

Источник: Netherlands Research School for Astronomy