Планета «золотой середины»
Большинство планет-гигантов представляют собой крайности. Это либо раскалённые «горячие юпитеры», таящие в непосредственной близости от своих звёзд, либо ледяные газовые гиганты, подобные Юпитеру или Сатурну, находящиеся далеко от источников тепла и окутанные холодом.
TOI-199b не похожа ни на те, ни на другие. Она занимает среднюю позицию.
Астрономы, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), впервые смогли детально заглянуть в её атмосферу. Этот мир, размерами сопоставимый с Сатурном, является редкостью: он обладает умеренным климатом. Если говорить о температуре, то она близка к земной.
Именно это стало сюрпризом.
Сто семьдесят пять градусов, пожалуйста
Планета вращается вокруг звезды, находящейся более чем в 330 световых годах от нас. Один полный оборот по орбите занимает у неё около 100 дней. Её температура составляет примерно 175 градусов по Фаренгейту.
Слишком жарко, чтобы ступить на поверхность? Да. Однако для газового гиганта это вполне мягкий режим. Подумайте об этом: автомобиль, стоящий под прямыми летними солнечными лучами, нагревается почти до такой же температуры. «Горячие юпитеры», напротив, могут раскаляться до тысяч градусов. TOI-199b ничем не напоминает их. Она также кардинально отличается от ледяных гигантов нашей собственной Солнечной системы. Планета находится в узком промежутке между этими двумя экстремальными категориями. Это своего рода зона «золотой середины» по размеру и тепловому режиму, хотя не обязательно в плане обитаемости.
«Впервые нам удалось детально изучить атмосферу» такой планеты, — отметил Реньу Ху из Пенсильванского государственного университета.
На данный момент известно лишь несколько таких умеренных гигантов. С 1992 года мы обнаружили тысячи экзопланет, но лишь немногие соответствуют этому конкретному профилю. Эту исследовательскую группу возглавил Реньу Ху совместно с учеными из Лаборатории реактивного движения NASA (JPL).
Поймать «отпечаток»
Как можно «понюхать» планету на расстоянии многих световых лет? С помощью транзитной спектроскопии.
Когда планета проходит по диску своей звезды (транзит), часть звездного света проходит сквозь её атмосферу, а остальная часть — мимо. Атмосфера действует как фильтр: молекулы поглощают определённые «цвета» (длины волн) света.
Телескоп JWST разделяет звездный свет, подобно призме, и анализирует то, чего в спектре не хватает.
«Конкретные элементы поглощают конкретные длины волн… создавая уникальный «отпечаток»», — объяснил Аарон Белло-Аруфе.
Он является ведущим автором статьи, опубликованной 20 мая в журнале Astronomical Journal.
Транзит длился недолго — около семи часов. «Горячие юпитеры» обычно проходят по диску звезды гораздо быстрее. Команда провела наблюдения в течение двадцати часов подряд, чтобы получить надёжный базовый уровень данных, а затем отслеживала падение яркости звезды во время прохождения планеты.
Каков результат? Метан. Безусловно, он там есть.
От моделей к реальности
Учёные ожидали обнаружить метан. Модели предсказывали его присутствие в атмосфере. Поэтому его обнаружение подтвердило, что теории были верны. Приятная валидация гипотез. Однако исследователи увидели нечто большее: в данных появились признаки аммиака и углекислого газа.
Могут ли эти вещества быть там наверняка? Вероятно. Для точного измерения их концентрации требуются дополнительные наблюдения.
Имеет ли это значение?
Да, имеет. Компьютерные модели с трудом объясняют, как атмосферы формируются и эволюционируют на протяжении миллиардов лет. Добавление таких точек данных помогает «подкрутить настройки». Это делает симуляции более точными. Если мы сможем понять, как умеренный газовый гигант поддерживает баланс между метаном и аммиаком, это может помочь нам лучше понять и нашу собственную атмосферу. Земля находится в том же космическом «соседстве» и подчиняется тем же фундаментальным химическим законам.
«Эта более полная картина… может быть использована для улучшения наших моделей», — сказал Ху.
Этот результат также доказывает, что подобный анализ возможен. Успех даёт исследователям уверенность направить телескопы на другие умеренные гиганты. Возможно, эта планета уникальна. А возможно, такой класс миров распространён повсеместно. Пока мы не знаем.
Кто и почему
Инициативу возглавили Пенсильванский государственный университет и Лаборатория реактивного движения (JPL). Помощь оказали исследовательские коллективы Университета штата Аризона, Университета Джонса Хопкинса, Карнегиейского института науки, Калифорнийского технологического института (Caltech) и Калифорнийского университета в Санта-Крузе.
Проект финансировался NASA, грант предоставила Институт научного управления космическими телескопами (STScI).
Статья, озаглавленная «Метан на умеренном экзосатурне TOI-199b», насчитывает дюжину соавторов, включая Белло-Аруфе и Ху. DOI: 10.3847/1538-3881/ae4fb4.
Впереди — бескрайнее небо. TOI-199b стала лишь первым случаем детального изучения такой планеты. Вопрос не в том, найдём ли мы ещё подобные миры, а в том, какую информацию они нам откроют в следующий раз.
