Ученые впервые зафиксировали спектральные признаки углекислого газа в атмосферах планет за пределами Солнечной системы с помощью космического телескопа James Webb. Это открытие не только подтверждает, что гигантские экзопланеты формируются так же, как Юпитер и Сатурн, но и демонстрирует беспрецедентные возможности James Webb для изучения химического состава далеких миров. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
Экзопланеты (планеты, которые находятся за пределами нашей Солнечной системы) долгое время оставались загадкой для ученых из-за их слабого свечения на фоне ярких звезд. Особый интерес представляют системы вроде HR 8799, расположенной в 130 световых годах от Земли, в которой четыре гигантские планеты вращаются вокруг молодой звезды возрастом всего 30 миллионов лет. Ученые уже давно пытаются понять, как формируются такие объекты: медленно, наращивая твердые ядра и притягивая газ, аналогично Солнечной системе, или быстро коллапсируя из протопланетного диска. Ответ поможет определить, насколько уникальными являются условия, которые привели к появлению Земли.
Команда астрофизиков использовала инфракрасную камеру NIRCam телескопа Webb, оснащенную коронографами — инструментами, которые блокируют свет звезды, как во время солнечного затмения, чтобы сделать видимыми планеты. Наблюдения проводились в диапазоне 3–5 микрометров, в котором углекислый газ оставляет четкие спектральные следы. Ученые проанализировали данные по системам HR 8799 и 51 Eridani (96 световых лет от Земли). С помощью наблюдений в инфракрасном диапазоне на длинах волн 4,6 и 4,1 микрометра они смогли получить изображения обеих планет. На изображениях прослеживались четкие спектральные линии CO2. Это первые подобные данные, полученные от планет за пределами Солнечной системы. Ранее газ на экзопланетах обнаруживали лишь косвенно, по изменению звездного света при прохождении планеты перед звездой.
Результаты показали, что атмосферы четырех гигантов HR 8799 содержат значительное количество тяжелых элементов — углерода, кислорода и железа. «Учитывая то, что мы знаем о звезде, вокруг которой они вращаются, это, вероятно, указывает на то, что они сформировались путем аккреции ядра, что для планет, которые мы можем наблюдать напрямую, является захватывающим открытием», — отмечает Уильям Балмер, астрофизик из Университета Джонса Хопкинса, который руководил исследованием. Кроме того, данные подтвердили, что Webb способен не только фиксировать состав атмосфер, но и различать объекты вроде планет и коричневых карликов, которые формируются подобно звездам.
Открытие проливает свет на процессы, которые могли повлиять на возникновение жизни в других системах. «Эти гигантские планеты имеют довольно большое значение, — объясняет Уильям Балмер из Университета Джонса Хопкинса. — Если эти огромные планеты, похожие на шары для боулинга, движутся по Солнечной системе, они могут либо сильно разрушать, либо защищать, либо и то, и другое, такие планеты, как наша, поэтому понимание того, как они формируются, является важным шагом на пути к пониманию формирования, выживания и пригодности для жизни планет, похожих на Землю, в будущем». Ученые планируют продолжить наблюдения с помощью Webb, чтобы сравнить состав других экзопланет с теоретическими моделями. Авторы предлагают новые направления исследований, вдохновленные диагностикой CO2, чтобы выяснить, насколько распространен механизм аккреции ядра среди далеких гигантов. Эти шаги приблизят нас к ответу на вопрос, одиноки ли мы во Вселенной.
Автор: Богдан Скиба.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
