Астрономы используют телескоп Webb для изучения «парового мира» в созвездии Рыб

Международное исследование под руководством канадских учёных с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) раскрыло новые детали об атмосфере экзопланеты GJ 9827 d, которая вращается вокруг звезды GJ 9827 в созвездии Рыб на расстоянии около 98 световых лет от Земли.

Исследование показало, что атмосфера планеты содержит высокую концентрацию более тяжёлых молекул, включая значительное количество водяного пара, что заставляет астрономов считать её настоящим «паровым миром».

Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, возглавила Каролин Пиоле-Гораеб, докторант Троттьеровского института исследований экзопланет (IREx) Монреальского университета, в сотрудничестве с учёными со всего мира.

Ранее в этом году, используя данные космического телескопа Хаббл (HST), исследователи из IREx объявили об обнаружении воды в атмосфере GJ 9827 d, что сделало эту планету (примерно вдвое больше Земли) самой маленькой экзопланетой с подтверждённой атмосферой.

Вместе эти важные открытия открывают новые пути для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы и углубляют понимание формирования и состава планет.

Ускользающая цель — до сих пор

В течение многих лет учёные сосредотачивались на обнаружении атмосфер у крупных газовых гигантов и мини-нептунов — планет, намного больших, чем Земля, с атмосферами, в которых доминирует водород, как у Юпитера и Нептуна в нашей Солнечной системе.

Но до сих пор обнаружение атмосфер вокруг более мелких планет, близких по размеру к Земле, оставалось ускользающей целью.

«Пока все обнаруженные нами планеты, имеющие атмосферу, являются гигантскими планетами или, в лучшем случае, мини-нептунами», — сказала Пиоле-Гораеб, ведущий автор исследования. — «Атмосферы этих планет состоят в основном из водорода, что делает их более похожими на газовых гигантов в Солнечной системе, чем на землеподобные планеты, такие как Земля, атмосферы которых состоят из более тяжёлых элементов».

Богата тяжёлыми молекулами

Особенность GJ 9827 d заключается в составе её атмосферы.

Объединив данные JWST/NIRISS и HST, Пиоле-Гораеб показала, что, в отличие от водородных атмосфер более крупных планет, атмосфера GJ 9827 d богата более тяжёлыми молекулами, с большим количеством водяного пара.

Это открытие знаменует собой первое надёжное обнаружение атмосферы экзопланеты, в которой водород не является доминирующим компонентом, что указывает на более тяжёлую, богатую водой атмосферу.

«По молекулярному весу она ближе к атмосферам, богатым углекислым газом или азотом, которые мы сейчас ищем на более мелких каменистых планетах, где в конечном итоге будем искать жизнь», — сказала Пиоле-Гораеб.

Она и её команда провели наблюдения с помощью канадского прибора на JWST — бесщелевого спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRISS). Используя метод трансмиссионной спектроскопии, они проанализировали звёздный свет, проходящий через атмосферу планеты во время её транзита (прохождения перед своей родительской звездой GJ 9827).

Затем они объединили новые наблюдения JWST с предыдущими наблюдениями HST, чтобы уверенно показать, что наблюдаемые спектральные особенности вызваны атмосферой планеты, а не загрязнением от звезды системы.

С данными от JWST/NIRISS SOSS учёные наконец могут различить два типа атмосфер для планеты: одна — облачная с небольшим количеством тяжёлых элементов, в основном водород с водой только в следовых количествах; другая — высокой плотности с большим количеством тяжёлых элементов и большим количеством воды.

Поскольку GJ 9827 d находится близко к своей звезде, её атмосфера, вероятно, представляет собой смесь газа и перегретого плотного состояния, а не имеет чётких слоёв или облаков.

Не считается обитаемой

Хотя сама GJ 9827 d не считается обитаемой из-за близости к своей звезде и высоких температур поверхности (около 350°C), это открытие является огромным шагом вперёд в поиске обитаемых сред.

Наличие тяжёлой, богатой водой атмосферы на небольшой планете, такой как GJ 9827 d, служит доказательством концепции, что такие атмосферы существуют и могут быть изучены с точностью JWST.

И это делает перспективу поиска обитаемых, землеподобных планет более правдоподобной.

«Это огромный шаг к цели поиска атмосфер вокруг более мелких, землеподобных планет», — сказала Пиоле-Гораеб. — «GJ 9827 d — первая планета, на которой мы обнаруживаем атмосферу, богатую тяжёлыми молекулами, как у землеподобных планет Солнечной системы, и первый подтверждённый пример за долгое время «парового мира», постулируемого научным сообществом».

Считается, что такие «паровые миры» имеют толстые, богатые водой атмосферы без поверхностного льда или жидкой воды, вместо этого поддерживая паровые атмосферы из-за близости к своим звёздам. Они похожи на ледяные спутники Европу и Ганимед, только расположены достаточно близко к своим звёздам, чтобы вода присутствовала в атмосфере в виде пара, а не под слоем льда.

Дальнейшие запланированные наблюдения JWST за GJ 9827 d в ближайшие месяцы, как надеются астрономы, могут пролить больше света на компоненты её паровой атмосферы.