Космічний телескоп Webb шокував астрономів дивовижним складом атмосфери екзопланети

Газові гіганти, що обертаються навколо нашого Сонця, демонструють чітку картину; чим масивніша планета, тим менший відсоток «важких» елементів (будь-що, крім водню та гелію) в атмосфері планети. Але в галактиці атмосферний склад планет-гігантів не відповідає тенденції Сонячної системи, виявила міжнародна група астрономів.

Використовуючи космічний телескоп імені Джеймса Вебба (JWST) НАСА, дослідники виявили, що атмосфера екзопланети HD149026b, «гарячого Юпітера», що обертається навколо зірки, порівнянної з нашим Сонцем, надзвичайно багата важчими елементами вуглецем і киснем — набагато вище, ніж вчені очікували планети такої маси. Крім того, діагностичне співвідношення вуглецю до кисню HD149026b, також відомого як «Smertrios», є підвищеним порівняно з нашою Сонячною системою.

«Схоже, що кожна гігантська планета відрізняється, і ми починаємо помічати ці відмінності завдяки JWST», — сказав Джонатан Лунін, професор кафедри фізичних наук Девіда С. Дункана в Коледжі мистецтв і наук і співавтор дослідження. «У цій статті ми визначили кількість молекул відносно основного компонента газу, яким є водень, найпоширеніший елемент у Всесвіті. Це багато говорить нам про те, як утворилася ця планета».

Планети-гіганти нашої Сонячної системи демонструють майже ідеальну кореляцію як між загальним складом, так і між складом і масою атмосфери, сказав Джейкоб Бін, професор астрономії та астрофізики Чиказького університету та провідний автор статті. Позасонячні планети демонструють набагато більшу різноманітність загального складу, але до цього аналізу HD149026b вчені не знали, наскільки різноманітним був їхній атмосферний склад.

«Ми остаточно показали, що склад атмосфери гігантських позасонячних планет не відповідає тій самій тенденції, яка так чітко простежується на планетах Сонячної системи», — сказав Бін. «Гігантські позасонячні планети демонструють широке розмаїття композицій атмосфери на додаток до широкого розмаїття загального складу».

Смертріос, наприклад, надзвичайно збагачений порівняно зі своєю масою, сказав Лунін: «Це маса Сатурна, але його атмосфера, здається, містить у 27 разів більше важких елементів, ніж водень і гелій, які ми знаходимо в Сатурн».

Це співвідношення, яке називається «металічністю» (хоча воно включає багато елементів, які не є металами), корисне для порівняння планети з її рідною зіркою або з іншими планетами в її системі, сказав Лунін. Смертріос — єдина відома планета в цій планетній системі.

Іншим ключовим вимірюванням є співвідношення вуглецю до кисню в атмосфері планети, яке розкриває «рецепт» первинних твердих речовин у планетарній системі, сказав Лунін. Для Смертріоса це приблизно 0,84 – вище, ніж у нашій Сонячній системі. У нашому сонці це трохи більше, ніж один вуглець на кожні два атоми кисню (0,55).

«Разом ці спостереження малюють картину планетоутворюючого диска з великою кількістю твердих частинок, багатих вуглецем», — сказав Лунін. «HD149026b отримав велику кількість цього матеріалу під час формування».

Хоча велика кількість вуглецю може здатися сприятливим для шансів на життя, високе співвідношення вуглецю до кисню насправді означає менше води на планеті або в планетарній системі – проблема для життя, як ми його знаємо.

Смертріос є цікавим першим випадком складу атмосфери для цього конкретного дослідження, сказав Лунін, який має плани спостерігати за п’ятьма гігантськими екзопланетами наступного року за допомогою JWST. Необхідно ще багато спостережень, перш ніж астрономи зможуть виявити будь-які закономірності між планетами-гігантами або в системах з декількома планетами-гігантами чи планетами земної групи до композиційної різноманітності, яку астрономи починають документувати.

«Походження цієї різноманітності є фундаментальною загадкою в нашому розумінні формування планет», — сказав Бін. «Ми сподіваємося, що подальші атмосферні спостереження позасонячних планет за допомогою JWST краще кількісно визначать це різноманіття та виявлять обмеження для більш складних тенденцій, які можуть існувати».