Впечатляющий успех: космический телескоп Джеймса Уэбба впервые обнаружил углекислый газ на внесолнечной планете. Спектрограф телескопа с высоким разрешением в ближнем инфракрасном диапазоне обнаружил линии поглощения газа на «горячем Юпитере» на расстоянии около 700 световых лет - газовом гиганте, вращающемся близко к своей звезде и нагретом до 900 градусов. Обнаружение CO2 в газовой оболочке внесолнечных планет дает ценную информацию об их формировании и составе.
Планетарные исследователи давно надеялись на телескоп, достаточно мощный для более точного анализа состава экзопланет. Потому что это дает информацию о характере ее газовой оболочки и поверхности, какие процессы происходят на планете, как она развивалась и, не в последнюю очередь, существует ли на ней жизнь. Некоторые элементы и молекулы, в том числе натрий, железо, калий и водяной пар, уже были приблизительно обнаружены космическими телескопами Хаббла и Спитцера.
Но только спектрограф ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа Джеймса Уэбба (NIRSpec), специально разработанный для такого спектрального анализа, имеет достаточно высокое разрешение, чтобы извлекать еще более тонкие молекулярные сигналы из светового спектра.
Наблюдения за горячим газовым гигантом
Телескопу Джеймса Уэбба удалось это сделать. Астрономы во главе с Натали Баталья из Калифорнийского университета в Санта-Круз использовали его для нацеливания на экзопланету WASP-39b, находящуюся примерно в 700 световых годах от нас. Это примерно масса Сатурна, но в 1,3 раза больше Юпитера. Причиной этого является небольшое расстояние до своей солнцеподобной родительской звезды, вокруг которой он совершает оборот всего за четыре дня. Это нагревает газовый гигант примерно до 900 градусов, что делает его так называемым «Горячим Юпитером».
«Из-за жары атмосфера планеты расширяется», - объясняет соавтор исследования Моника Лендл из Женевского университета. С нашей точки зрения, WASP-39b проходит прямо перед своей родительской звездой на каждой орбите. Сочетание раздутой атмосферы и частых транзитов позволяет особенно легко идентифицировать спектральные сигналы, возникающие при прохождении звездного света через газовую оболочку.
Огромный сигнал
И действительно: «Как только на моем экране появились первые данные, мое внимание привлек огромный сигнал углекислого газа», - говорит соавтор Зафар Рустамкулов из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. В спектре сигнатура CO2 была видна как группа тонких линий поглощения в диапазоне длин волн 4,3 мкм. Команда сообщает, что со стандартным отклонением в целых 26 сигм эту сигнатуру нельзя было пропустить, и она была очень специфичной..
Астрономам впервые удалось обнаружить СО2 в атмосфере внесолнечной планеты. «Это был особенный момент, потому что мы перешагнули важный рубеж в исследованиях экзопланет», - говорит Рустамкулов. Соавтор Лаура Крейдберг из Института астрономии Макса Планка добавляет: «Четкое обнаружение CO2 является важной вехой для характеристики атмосферы экзопланет.“
Что обнаруживает CO2 в атмосфере
Углекислый газ играет важную роль в атмосфере как парниковый газ и, таким образом, влияет на климат. Таким образом, он может показать, насколько планета пригодна для жизни. Кроме того, содержание СО2 дает информацию о присутствии кислорода и, таким образом, косвенно о химических процессах, которые могут происходить в газовой оболочке и на поверхности планеты. Кроме того, состав атмосферы дает информацию о формировании и эволюции планеты.
«Молекулы углекислого газа являются чувствительными маркерами процесса формирования планет», - объясняет соавтор Майк Лайн из Университета штата Аризона. «Измеряя CO2, мы можем определить, сколько твердого и газообразного материала было вовлечено в формирование такой газовой планеты. Благодаря большему количеству измерений, проведенных телескопом Уэбба на разных типах планет, мы сможем больше узнать о том, как формируются планеты и насколько уникальна наша Солнечная система.“
Большой успех и хорошее предзнаменование
«Обнаружение такого четкого сигнала углекислого газа на WASP-39b служит хорошим предзнаменованием. Как для обнаружения атмосфер на меньших планетах размером с Землю, так и для измерения содержания других газов, таких как вода и метан», - говорит Баталья. Но даже помимо обнаружения углекислого газа, наблюдение имеет огромный успех и подтверждает большие надежды на новый телескоп.
Ни одна обсерватория ранее не могла измерить такие тонкие различия в яркости в этом важном спектральном диапазоне от 3 до 5,5 микрон. Спектральные линии важных газов, таких как вода, метан и углекислый газ, находятся в этой части спектра.