Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА/КСА забил еще одно первое место: молекулярный и химический портрет неба далекого мира. В то время как Уэбб и другие космические телескопы, в том числе НАСА/ЕКА Космический телескоп Хаббла, которые ранее выявили отдельные ингредиенты атмосферы этой нагретой планеты, новые показания дают полное меню атомов, молекул и даже признаков активной химии и облаков. Последние данные также намекают на то, как эти облака могут выглядеть вблизи: разорванными, а не единым однородным покрывалом над планетой.
Чувствительные инструменты телескопа были настроены на атмосферу WASP-39 b, «горячего Сатурна» (планеты такой же массивной, как Сатурн, но с более узкой орбитой, чем Меркурий), вращающейся вокруг звезды примерно в 700 световых годах от нас. Этот размером с Сатурн экзопланету был одним из первых исследованных NASA/ESA/CSA космического телескопа Джеймса Вебба когда он начал регулярные научные операции. Результаты взволновали научное сообщество экзопланет. Исключительно чувствительные инструменты Уэбба предоставили профиль атмосферных компонентов WASP-39 b и определили множество компонентов, в том числе воды, двуокись серы, окись углерода, натрий и калий.
Полученные данные служат хорошим предзнаменованием способности инструментов Уэбба проводить широкий спектр исследований экзопланет — планет вокруг других звезд, на которые надеется научное сообщество. Это включает в себя исследование атмосфер небольших каменистых планет, подобных тем, что находятся в системе TRAPPIST-1.
«Мы наблюдали за экзопланетой с помощью нескольких инструментов, которые вместе охватывают широкий диапазон инфракрасного спектра и целый ряд химических отпечатков пальцев, недоступных до JWST». сказала Натали Баталья, астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз, которая внесла свой вклад и помогла координировать новое исследование. «Подобные данные меняют правила игры».
Набор открытий подробно описан в пяти новых научных статьях, три из которых находятся в печати, а две находятся на рассмотрении. Среди беспрецедентных открытий — первое обнаружение в атмосфере экзопланеты Диоксид серы, молекула, полученная в результате химических реакций, вызванных высокоэнергетическим светом родительской звезды планеты. На Земле аналогичным образом создается защитный озоновый слой в верхних слоях атмосферы.
«Это первый раз, когда мы видим конкретные доказательства фотохимии — химических реакций, инициированных энергичным звездным светом — на экзопланетах». сказал Шанг-Мин Цай, исследователь из Оксфордского университета в Соединенном Королевстве и ведущий автор статьи, объясняющей происхождение диоксида серы в атмосфере WASP-39 b. «Я вижу в этом действительно многообещающую перспективу для улучшения нашего понимания атмосфера экзопланеты с [этой миссией]».
Это привело к еще одному новшеству: ученые применяли компьютерные модели фотохимии к данным, которые требуют полного объяснения такой физики. Полученные в результате улучшения в моделировании помогут создать технологические ноу-хау, необходимые для интерпретации потенциальных признаков обитаемости в будущем.
«Планеты лепятся и трансформируются, вращаясь в радиационной ванне звезды-хозяина». — сказал Баталья. «На Земле эти преобразования позволяют жизни процветать».
Близость планеты к своей родительской звезде — в восемь раз ближе, чем ртутный к нашему Вс — также делает его лабораторией для изучения воздействия излучения родительских звезд на экзопланеты. Лучшее знание связи между звездой и планетой должно привести к более глубокому пониманию того, как эти процессы влияют на разнообразие планет, наблюдаемых в галактике.
Другие компоненты атмосферы, обнаруженные телескопом Уэбба, включают натрий (Na), калий (K) и водяной пар (H2O), что подтверждает предыдущие наблюдения космического и наземного телескопов, а также обнаружение дополнительных следов воды на этих более длинных волнах. что не видел раньше.
Уэбб тоже видел двуокись углерода (CO2) с более высоким разрешением, предоставляя в два раза больше данных, чем сообщалось в предыдущих наблюдениях. При этом был обнаружен моноксид углерода (CO), но в данных Webb отсутствовали очевидные признаки метана (CH4) и сероводорода (H2S). Если они присутствуют, эти молекулы встречаются на очень низких уровнях.
Чтобы запечатлеть этот широкий спектр атмосферы WASP-39 b, международная группа, насчитывающая сотни человек, независимо проанализировала данные четырех точно откалиброванных режимов инструментов телескопа Уэбба.
«Мы предсказывали, что [телескоп] покажет нам, но это было точнее, разнообразнее и красивее, чем я думал на самом деле». — сказала Ханна Уэйкфорд, астрофизик из Бристольского университета в Соединенном Королевстве, которая исследует атмосферы экзопланет.
Наличие такого полного списка химических ингредиентов в атмосфере экзопланеты также дает ученым представление об обилии различных элементов по отношению друг к другу, таких как отношения углерода к кислороду или калия к кислороду. Это, в свою очередь, дает представление о том, как эта планета — и, возможно, другие — образовались из диска газа и пыли, окружавшего родительскую звезду в молодые годы.
Химический инвентарь WASP-39 b предполагает историю столкновений и слияний меньших тел, называемых планетезималями, чтобы в конечном итоге создать гигантскую планету.
«Обилие серы [относительно] водорода указывает на то, что на планете, предположительно, произошла значительная аккреция планетезималей, которые могут доставлять [эти ингредиенты] в атмосферу», — сказал он. Казумаса Оно, исследователь экзопланет Калифорнийского университета в Санта-Круз, который работал с данными Уэбба. «Данные также показывают, что кислорода в атмосфере намного больше, чем углерода. Это потенциально указывает на то, что WASP-39 b изначально сформировалась далеко от центральной звезды».
Точно раскрывая детали атмосферы экзопланеты, инструменты телескопа Уэбба превзошли ожидания ученых и обещают новый этап исследования широкого спектра экзопланет в космосе. галактика.
«Мы сможем увидеть общую картину атмосфер экзопланет». — сказал Лаура Флэгг, исследователь Корнельского университета и член международной команды. «Невероятно интересно знать, что все будет переписано. Это одна из лучших сторон работы ученого».
Ссылки на журналы:
- Лили Алдерсон и др. Ранний выпуск исследований экзопланеты WASP-39b с помощью JWST NIRSpec G395H. DOI: 10.48550/архив.2211.10488
- З. Рустамкулов и др. Раннее исследование экзопланеты WASP-39b с помощью JWST NIRSpec PRISM. DOI: 10.48550/архив.2211.10487
- Ева-Мария Арер и др. Ранний выпуск исследований экзопланеты WASP-39b с помощью JWST NIRCam. DOI: 10.48550/архив.2211.10489
- Адина Д. Файнштейн и соавт. Ранний выпуск исследований экзопланеты WASP-39b с помощью JWST NIRISS. DOI: 10.48550/архив.2211.10493
- Шанг-Мин Цай и др. Прямые доказательства фотохимии в атмосфере экзопланеты. DOI: 10.48550/архив.2211.10490
