Учёные расшифровали загадочную атмосферу экзопланеты «Розеттский камень»

Исследование под руководством Юго-Западного исследовательского института (SwRI) смоделировало химию экзопланеты TOI-270 d, размером между Землёй и Нептуном. Получены свидетельства, что это может быть гигантская каменистая планета, окутанная плотной горячей атмосферой. TOI-270 d находится всего в 73 световых годах от Земли и может служить «Розеттским камнем» для понимания целого класса новых планет.

Природа субнептунов

«Природа субнептунов — одна из самых горячих тем в науке об экзопланетах», — заявил доктор Кристофер Глейн из SwRI, ведущий автор статьи, принятой к публикации в Astrophysical Journal и доступной на сервере препринтов arXiv.

• Субнептуны — самый распространённый по размеру тип планет в галактике, но в нашей Солнечной системе их нет.
• Особый интерес представляют умеренные субнептуны, так как некоторые из них могут быть обитаемыми.

Ранее предполагалось, что субнептуны в обитаемой зоне могут быть массивными океаническими мирами с тонкой богатой водородом атмосферой («Гицеаны», от hydrogen-ocean). Однако новые данные космического телескопа James Webb (JWST) по TOI-270 d показывают, что данные лучше объясняет более простая модель: гигантская каменистая планета (суперземля) под толстой горячей атмосферой.

Революционные данные JWST

«Данные JWST по TOI-270 d, собранные командой Бьорна Беннеке, революционны», — отметил Глейн.

• JWST обнаружил молекулы углекислого газа, метана и воды, что позволило начать геохимический анализ формирования этой необычной планеты.
• Обнаруженные газы указывают на температуры свыше 1000 градусов по Фаренгейту — горячее, чем поверхность Венеры.
• Новая геохимическая модель показывает, как газы проходят процесс равновесия при таких температурах и поднимаются вверх, где их может детектировать JWST.

Решение загадки аммиака

Учёные были озадачены отсутствием аммиака в атмосферах умеренных субнептунов, хотя модели предсказывали его образование в плотных горячих водородных атмосферах. Новая работа предлагает объяснение: аммиак истощается за счёт комбинации процессов, включая высокотемпературное производство молекулярного азота и растворение аммиака в перегретом океане расплавленной породы на поверхности планеты. Также команда обнаружила, что сама планета, вероятно, бедна азотом, так как твёрдые строительные блоки планет (например, хондритовые метеориты) обычно содержат мало азота.

Новые горизонты планетарной науки

Исследование демонстрирует, что геохимия экзопланет теперь приближается по уровню сложности к исследованиям в нашей Солнечной системе. Геохимические инструменты, разработанные для Солнечной системы, теперь можно применять к атмосферам экзопланет, получая новое понимание их температур, возможных магмовых океанов и происхождения атмосфер.

«Хотя немного разочаровывает, что TOI-270 d вряд ли обитаема, эта планета всё ещё даёт фантастическую возможность исследовать альтернативные пути происхождения и эволюции планет», — заключил Глейн. — «Мы узнаём гораздо больше о безумных конфигурациях планет, которые создаёт природа».