Телескоп впервые позволяет заглянуть внутрь экзопланеты
Внутри похожей на сахарную вату планеты WASP-107 b скрывается удивительно низкое содержание метана и сверхразмерное ядро. Открытие, основанное на данных, полученных космическим телескопом Джеймса Уэбба, знаменует собой первые измерения массы ядра экзопланеты и, вероятно, послужит основой для будущих исследований атмосфер и недр планет, что является ключевым аспектом в поиске пригодных для жизни миров за пределами нашей Солнечной системы. "Заглянуть внутрь планеты, находящейся на расстоянии сотен световых лет, кажется почти невозможным, но когда вы знаете массу, радиус, состав атмосферы и температуру ее недр, у вас есть все необходимое, чтобы получить представление о том, что находится внутри и насколько тяжело это ядро". об этом сообщил ведущий автор исследования Дэвид Синг, заслуженный профессор наук о Земле и планетах в Университете Джона Хопкинса. "Теперь это то, что мы можем сделать для множества различных газовых планет в различных системах". Опубликованное сегодня в журнале Nature исследование показывает, что на планете в тысячу раз меньше метана, чем ожидалось, а ядро в 12 раз массивнее Земного.
Планета-гигант WASP-107 b, окруженная раскаленной атмосферой, мягкой, как хлопок, вращается вокруг звезды на расстоянии около 200 световых лет от нас. Она выглядит пухлой из-за своего строения: планета размером с Юпитер, масса которой составляет лишь десятую часть массы этой планеты. Несмотря на то, что на ней есть метан — строительный материал для жизни на Земле, планета не считается пригодной для жизни из—за ее близости к родительской звезде и отсутствия твердой поверхности. Но она может содержать важные сведения о поздней стадии эволюции планеты. В отдельном исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, другие ученые также обнаружили метан с помощью телескопа Уэбба и предоставили аналогичную информацию о размерах и плотности планеты. "Мы хотим посмотреть на планеты, более похожие на газовых гигантов в нашей собственной Солнечной системе, в атмосферах которых много метана", - сказал Синг. "Вот тут-то история с WASP-107 b и стала по-настоящему интересной, потому что мы не знали, почему уровень метана был таким низким".
Новые измерения метана показывают, что молекула превращается в другие соединения по мере того, как она поднимается вверх из недр планеты, взаимодействуя с другими химическими веществами и звездным светом в верхних слоях атмосферы. Команда также измерила содержание диоксида серы, водяного пара, углекислого газа и монооксида углерода и обнаружила, что WASP—107 b содержит больше тяжелых элементов, чем Уран и Нептун. По словам Синга, химический состав планеты начинает раскрывать ключевые фрагменты головоломки о том, как атмосферы планет ведут себя в экстремальных условиях. В течение следующего года его команда проведет аналогичные наблюдения еще на 25 планетах с помощью телескопа Webb. "Мы никогда не имели возможности детально изучить этот процесс смешивания в атмосфере экзопланеты, так что это будет иметь большое значение для понимания того, как протекают эти динамические химические реакции", - сказал Синг. "Это то, что нам определенно нужно, поскольку мы начинаем изучать скалистые планеты и сигнатуры биомаркеров".
По словам Зафара Рустамкулова, докторанта Университета Джона Хопкинса по планетологии, который был одним из руководителей исследования, ученые предположили, что чрезмерно большой радиус планеты обусловлен наличием внутри нее источника тепла. Объединив атмосферные и внутренние физические модели с данными Уэбба о WASP-107 b, команда ученых выяснила, как термодинамика планеты влияет на ее наблюдаемую атмосферу. "У планеты горячее ядро, и этот источник тепла изменяет химический состав газов в глубине, но он же приводит к сильному конвективному перемешиванию, поднимающемуся изнутри", - сказал Рустамкулов. "Мы считаем, что это тепло приводит к изменению химического состава газов, в частности, к разрушению метана и образованию повышенного количества углекислого газа и монооксида углерода".
По словам Рустамкулова, новые результаты также представляют собой самую четкую связь, которую ученым удалось установить относительно внутренней части экзопланеты и верхней части ее атмосферы. В прошлом году телескоп Webb обнаружил диоксид серы на расстоянии около 700 световых лет от нас на другой экзопланете под названием WASP-39, что стало первым свидетельством наличия в атмосфере вещества, созданного в результате реакций, вызванных звездным светом. Команда университета Джона Хопкинса сейчас сосредоточена на том, что может поддерживать температуру в ядре, и ожидает, что могут действовать силы, аналогичные тем, которые вызывают высокие и низкие приливы в океанах Земли. Они планируют проверить, растягивается ли планета под действием своей звезды и как это может объяснить высокую температуру ядра.
