Космический телескоп James Webb впервые смог прямо определить углекислый газ в атмосфере экзопланеты. Это поможет ему лучше осознать происхождение системы HR 8799.
Углекислый газ в других системах
Космический телескоп James Webb произвел первые прямые измерения углекислого газа на планете за пределами Солнечной системы в HR 8799 — многопланетной системе на расстоянии 130 световых лет, которая уже давно является ключевым объектом для изучения планетообразования.
Наблюдения предоставляют убедительные доказательства того, что четыре гигантские планеты системы сформировались так же, как Юпитер и Сатурн путем медленного построения твердых ядер. Это также свидетельствует о том, что James Webb может делать больше, чем определять состав атмосферы по измерениям звездного света. Он может непосредственно анализировать химический состав атмосфер экзопланета.
«Обнаружив эти сильные особенности углекислого газа, мы показали, что в атмосфере этих планет есть значительная доля более тяжелых элементов, таких как углерод, кислород и железо. 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 непосредственно видеть, является захватывающим выводом», — сказал Уильям Балмер, астрофизик из Университета Джона Хопкинса, возглавлявшего работу.
Формирование планет в системе HR 8799
HR 8799 — молодая система в возрасте около 30 млн лет, что составляет лишь долю от 4,6 млрд лет нашей Солнечной системы. Еще горячие после бурной формовки, планеты HR 8799 излучают большое количество инфракрасного света, что дает ценные данные о том, как их формирование сравнивается с формированием звезд или коричневых карликов.
Планеты-гиганты могут формироваться двумя путями: медленно создавая жесткие ядра, которые притягивают газ, как наша Солнечная система, или быстро коллапсируя с охлаждающего диска молодой звезды на массивные объекты. Знание того, какая модель более распространена, может дать ученым подсказки для различения типов планет, которые они находят в других системах.
«Мы надеемся, что такие исследования помогут нам понять нашу собственную Солнечную систему, жизнь и нас самих по сравнению с другими экзопланетными системами, чтобы мы могли контекстуализировать наше существование, — сказал Балмер. — Мы хотим сфотографировать другие системы и посмотреть, насколько они схожи или отличаются от нашей. Отсюда мы можем попытаться понять, насколько странна наша Солнечная система, или насколько нормальной».
Непосредственное наблюдение экзопланет
Очень мало экзопланет были непосредственно сфотографированы, поскольку далекие планеты в тысячи раз слабее своих звезд. Получая прямые изображения на определенных длинах волн, доступных только JWST, команда прокладывает путь к более подробным наблюдениям, чтобы определить, являются ли объекты, которые они видят на орбитах других светил, действительно гигантскими планетами, или такими объектами, как коричневые карлики, которые формируются подобно ядрам.
Достижение стало возможным благодаря коронографам James Webb, блокирующим свет от ярких светил, как это происходит во время солнечного затмения, чтобы обнаружить скрытые миры. Это позволило команде искать инфракрасный свет в диапазоне длин волн, обнаруживающих специфические газы и другие детали атмосферы.
Ориентируясь на диапазон длин волн 3–5 мкм, команда обнаружила, что четыре планеты HR 8799 содержат больше тяжелых элементов, чем считалось ранее, что является еще одним намеком на то, что они образовались так же, как газовые гиганты нашей Солнечной системы.
Наблюдения также позволили впервые в истории обнаружить самую отдаленную планету HR 8799 e на длине волны 4,6 мкм и 51 Эридана b на 4,1 мкм, что демонстрирует чувствительность James Webb в наблюдении слабых планет вблизи ярких звезд.
James Webb наблюдает спектры атмосферы экзопланет
В 2022 году один из ключевых методов наблюдений James Webb косвенно обнаружил углекислый газ на другой экзопланете под названием WASP-39 b, отследив, как ее атмосфера изменяет звездный свет, когда она проходит перед своей звездой.
«Это то, что ученые делают для транзитных планет или изолированных карих карликов с момента запуска JWST», — сказал Лоран Пуйо, астроном из Научного института космических телескопов.
Реми Саммер, возглавляющий лабораторию оптики в Научном институте космических телескопов и ранее руководивший работой коронографа «Уэбба», добавил: «Мы знали, что JWST может измерять цвета внешних планет в системах с прямым изображением. Мы ждали 10 лет, чтобы подтвердить, что наши тонко настроенные операции с телескопом также позволят получить доступ к внутренним планетам».
«Теперь результаты получены, и мы можем заниматься интересными научными исследованиями».
Команда надеется использовать коронографы James Webb для анализа большего количества планет-гигантов и сравнения их состава с теоретическими моделями.
По материалам phys.org
