Космический телескоп Джеймса Уэбба подтверждает, что атмосферы гигантских планет сильно различаются.
Газовые гиганты, вращающиеся вокруг нашего Солнца, демонстрируют четкую закономерность; чем массивнее планета, тем ниже процент «тяжелых» элементов (любых, кроме водорода и гелия) в атмосфере планеты. Но в галактике состав атмосферы планет-гигантов не соответствует тенденции Солнечной системы, как обнаружила международная группа астрономов.
С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST) исследователи обнаружили, что атмосфера экзопланеты HD149026b, «горячего Юпитера», вращающегося вокруг звезды, сравнимой с нашим Солнцем, сверхбогата более тяжелыми элементами — углеродом и кислородом — намного выше, чем предполагали ученые. ожидать для планеты его массы. Кроме того, диагностическое отношение углерода к кислороду у HD149026b, также известного как «Смертриос», повышено по сравнению с нашей Солнечной системой.
Эти результаты, опубликованные 27 марта в статье «Высокое обогащение атмосферы металлами для планеты с массой Сатурна» в журнале Nature , являются важным первым шагом к получению аналогичных измерений для большой выборки экзопланет с целью поиска статистических тенденций, заявили исследователи. Они также дают представление о формировании планет.
«Похоже, что каждая гигантская планета отличается, и мы начинаем видеть эти различия благодаря JWST», — сказал Джонатан Лунин, профессор физических наук Дэвида С. Дункана в Колледже искусств и наук и соавтор. исследования. «В этой статье мы определили, сколько молекул по отношению к первичному компоненту газа, то есть водороду, наиболее распространенному элементу во Вселенной. Это довольно много говорит нам о том, как образовалась эта планета».
Планеты-гиганты нашей Солнечной системы демонстрируют почти идеальную корреляцию между общим составом, составом и массой атмосферы, сказал Джейкоб Бин, профессор астрономии и астрофизики Чикагского университета и ведущий автор статьи. Внесолнечные планеты демонстрируют гораздо большее разнообразие общего состава, но ученые не знали, насколько разнообразен их атмосферный состав, до этого анализа HD149026b.
«Мы окончательно показали, что состав атмосферы гигантских внесолнечных планет не следует той же тенденции, которая столь очевидна для планет Солнечной системы», — сказал Бин. «Гигантские внесолнечные планеты демонстрируют большое разнообразие атмосферных составов в дополнение к их широкому разнообразию общих составов».
Лунин сказал, что Смертриос, например, сверхобогащен по сравнению с его массой. «Это масса Сатурна, но его атмосфера, кажется, содержит в 27 раз больше тяжелых элементов по сравнению с водородом и гелием, которые мы находим на Сатурне».
Лунин сказал, что это соотношение, называемое «металличностью» (хотя оно включает в себя множество элементов, не являющихся металлами), полезно для сравнения планеты с ее родной звездой или с другими планетами в ее системе. Смертриос — единственная планета, известная в этой конкретной планетной системе.
По словам Лунина, еще одним ключевым измерением является отношение углерода к кислороду в атмосфере планеты, которое раскрывает «рецепт» исходных твердых тел в планетарной системе. Для Смертриоса это около 0,84 — выше, чем в нашей Солнечной системе. На нашем Солнце на каждые два атома кислорода приходится чуть больше одного углерода (0,55).
«Вместе эти наблюдения рисуют картину формирующегося планеты диска с обильными твердыми частицами, богатыми углеродом», — сказал Лунин. «HD149026b приобрел большое количество этого материала по мере его образования».
В то время как изобилие углерода может показаться благоприятным для жизни, высокое соотношение углерода и кислорода на самом деле означает меньшее количество воды на планете или в планетарной системе — проблема для жизни, какой мы ее знаем.
«Смертриос — интересный первый случай состава атмосферы для этого конкретного исследования», — сказал Лунин, у которого есть планы по наблюдению еще пяти гигантских экзопланет в следующем году с использованием JWST. Требуется еще много наблюдений, прежде чем астрономы смогут обнаружить какие-либо закономерности среди планет-гигантов или в системах с несколькими планетами-гигантами или планетами земной группы в том композиционном разнообразии, которое астрономы начинают документировать.
«Происхождение этого разнообразия — фундаментальная загадка в нашем понимании формирования планет», — сказал Бин. «Мы надеемся, что дальнейшие атмосферные наблюдения внесолнечных планет с помощью JWST позволят лучше количественно оценить это разнообразие и дать ограничения на более сложные тенденции, которые могут существовать».
Теги: телескоп
