Космічний телескоп James Webb вперше зміг прямо визначити вуглекислий газ в атмосфері екзопланети. Це допоможе йому краще зрозуміти походження системи HR 8799.
Вуглекислий газ в інших системах
Космічний телескоп James Webb зробив перші прямі вимірювання вуглекислого газу на планеті за межами Сонячної системи в HR 8799 — багатопланетній системі на відстані 130 світлових років, яка вже давно є ключовим об’єктом для вивчення планетоутворення.
Спостереження надають переконливі докази того, що чотири гігантські планети системи сформувалися так само, як Юпітер і Сатурн, шляхом повільної побудови твердих ядер. Це також є свідченням того, що James Webb може робити більше, ніж визначати склад атмосфери за вимірюваннями зоряного світла. Він може безпосередньо аналізувати хімічний склад атмосфер екзопланет.
«Виявивши ці сильні особливості вуглекислого газу, ми показали, що в атмосфері цих планет є значна частина важчих елементів, таких як вуглець, кисень і залізо. Враховуючи те, що ми знаємо про зорю, навколо якої вони обертаються, це, ймовірно, вказує на те, що вони сформувалися шляхом акреції ядра, що для планет, які ми можемо безпосередньо бачити, є захопливим висновком», — сказав Вільям Балмер, астрофізик з Університету Джона Хопкінса, який очолював роботу.
Формування планет у системі HR 8799
HR 8799 — молода система віком близько 30 млн років, що становить лише частинку від 4,6 млрд років нашої Сонячної системи. Ще гарячі після бурхливого формування, планети HR 8799 випромінюють велику кількість інфрачервоного світла, що дає цінні дані про те, як їхнє формування порівнюється з формуванням зір або коричневих карликів.
Планети-гіганти можуть формуватися двома шляхами: повільно створюючи тверді ядра, які притягують газ, як наша Сонячна система, або швидко колапсуючи з охолоджувального диска молодої зорі на масивні об’єкти. Знання того, яка модель є більш поширеною, може дати вченим підказки для розрізнення типів планет, які вони знаходять в інших системах.
«Ми сподіваємось, що такі дослідження допоможуть нам зрозуміти Сонячну систему, життя і нас самих у порівнянні з іншими екзопланетними системами, щоб ми могли контекстуалізувати наше існування, — сказав Балмер. — Ми хочемо сфотографувати інші системи й подивитися, наскільки вони схожі або відрізняються від нашої. Звідси ми можемо спробувати зрозуміти, наскільки дивною є наша Сонячна система, або ж наскільки нормальною».
Безпосереднє спостереження екзопланет
Дуже мало екзопланет були безпосередньо сфотографовані, оскільки далекі планети в тисячі разів слабкіші за свої зорі. Отримуючи прямі зображення на певних довжинах хвиль, доступних лише JWST, команда прокладає шлях до більш детальних спостережень, щоб визначити, чи об’єкти, які вони бачать на орбітах інших світил, є справді гігантськими планетами, чи такими об’єктами, як коричневі карлики, які формуються подібно до зір, але не накопичують достатньої маси, щоб запалити ядерний синтез.
Досягнення стало можливим завдяки коронографам James Webb, які блокують світло від яскравих світил, як це відбувається під час сонячного затемнення, щоб виявити приховані світи. Це дозволило команді шукати інфрачервоне світло в діапазоні довжин хвиль, які виявляють специфічні гази та інші деталі атмосфери.
Орієнтуючись на діапазон довжин хвиль 3–5 мкм, команда виявила, що чотири планети HR 8799 містять більше важких елементів, ніж вважалося раніше, що є ще одним натяком на те, що вони утворилися так само, як і газові гіганти нашої Сонячної системи.
Спостереження також дозволили вперше в історії виявити найвіддаленішу планету HR 8799 e на довжині хвилі 4,6 мкм і 51 Ерідана b на 4,1 мкм, що демонструє чутливість James Webb у спостереженні слабких планет поблизу яскравих зір.
James Webb спостерігає спектри атмосфери екзопланет
У 2022 році один із ключових методів спостережень James Webb опосередковано виявив вуглекислий газ на іншій екзопланеті під назвою WASP-39 b, відстеживши, як її атмосфера змінює зоряне світло, коли вона проходить перед своєю зорею.
«Це те, що вчені роблять для транзитних планет або ізольованих коричневих карликів з моменту запуску JWST», — сказав Лоран Пуйо, астроном з Наукового інституту космічних телескопів.
Ремі Саммер, який очолює лабораторію оптики в Науковому інституті космічних телескопів і раніше керував роботою коронографа «Вебба», додав: «Ми знали, що JWST може вимірювати кольори зовнішніх планет у системах з прямим зображенням. Ми чекали 10 років, щоб підтвердити, що наші тонко налаштовані операції з телескопом також дозволять нам отримати доступ до внутрішніх планет».
«Тепер результати отримані, й ми можемо займатися цікавими науковими дослідженнями».
Команда сподівається використовувати коронографи James Webb для аналізу більшої кількості планет-гігантів і порівняння їхнього складу з теоретичними моделями.
За матеріалами phys.org
