За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) міжнародна команда за участі вчених з Женевського університету (UNIGE) виявила величезні хмари гелію, що вириваються з атмосфери екзопланети WASP-107b.
Міжнародна співпраця, до якої входять астрономи з UNIGE та Національного центру наукових досліджень PlanetS, зафіксувала масивні потоки гелію, що віддаляються від WASP-107b. Спостереження були здійснені телескопом James Webb, а подальший аналіз проведено з використанням моделей, розроблених у UNIGE. Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature Astronomy, дають важливі уявлення про механізми втрати атмосфери та про те, як цей процес впливає на довготривалий розвиток екзопланет і їхні ключові характеристики.
Планетарні атмосфери іноді можуть «витікати» у космос. Це відбувається і з Землею: наша планета втрачає трохи більше ніж 3 кг речовини щосекунди (переважно водню), і цей процес є незворотним. Таке явище називають атмосферним виносом. Воно особливо значущe для планет, що обертаються надзвичайно близько до своїх зір, де інтенсивне нагрівання значно підсилює втрату газів. Розуміння цього процесу є критично важливим, адже він може суттєво змінювати еволюцію планет із часом.
Використовуючи телескоп James Webb, дослідники з Обсерваторії Женевського університету разом із колегами з університетів Макгілла, Чикаго та Монреаля змогли виявити потужні потоки гелію, що витікають з WASP-107b, розташованої більш ніж за 210 світлових років від нашої Сонячної системи. Це перше виявлення гелію на екзопланеті за допомогою JWST, що дозволило дослідити процес втрати атмосфери з безпрецедентною деталізацією.
«Суперпухкі» екзопланети
WASP-107b, відкрита у 2017 році, обертається навколо своєї зірки на відстані, що у сім разів менша, ніж відстань Меркурія від Сонця. Планета має розмір, близький до Юпітера, але при цьому її маса становить лише десяту частину маси Юпітера, що надає їй надзвичайно низьку густину. Це робить її представником класу так званих «суперпухких» екзопланет, які відомі своїми надлегкими атмосферами.
Величезний потік гелію було зафіксовано в розширеній частині атмосфери планети, яка називається екзосферою. Ця хмара частково блокує світло зірки ще до того, як сама планета проходить перед її диском.
«Наші моделі втрати атмосфери підтверджують наявність потоків гелію як попереду, так і позаду планети. Вони простягаються вздовж орбітального руху майже на десять радіусів планети», — пояснює Янн Картере, аспірант кафедри астрономії факультету природничих наук Женевського університету та співавтор дослідження.
Цінні підказки
Окрім гелію, астрономам вдалося підтвердити наявність води та слідів хімічних сполук (зокрема чадного газу, вуглекислого газу та аміаку) в атмосфері планети, а також відсутність метану, який телескоп JWST здатний легко виявляти. Усе це є важливими підказками для відтворення історії формування та міграції WASP-107b: найімовірніше, планета сформувалася далеко від своєї нинішньої орбіти, а згодом мігрувала ближче до зірки, що й пояснює її «роздуту» атмосферу та втрату газів.
Дослідження WASP-107b є ключовим орієнтиром для глибшого розуміння еволюції та динаміки далеких світів.
«Спостереження й моделювання атмосферного виносу — один з основних напрямів досліджень на кафедрі астрономії UNIGE, оскільки вважається, що саме цей процес відповідає за низку характеристик, які ми спостерігаємо в популяції екзопланет», — пояснює Венсан Бур’є, старший викладач і науковий співробітник кафедри астрономії факультету природничих наук UNIGE та співавтор дослідження.
«На Землі атмосферний винос занадто слабкий, щоб суттєво вплинути на нашу планету. Проте саме він, імовірно, відповідає за відсутність води на нашій близькій сусідці — Венері. Тому надзвичайно важливо повністю зрозуміти механізми цього явища, яке здатне зруйнувати атмосферу деяких кам’янистих екзопланет», — підсумовує він.