Webb відкриває метан, вуглекислий газ в атмосфері K2-18b

Молекули, що містять вуглець, були виявлені в атмосфері екзопланети K2-18 b в придатній для життя зоні міжнародною групою астрономів, використовуючи дані космічного телескопа Джеймса Вебба NASA. Ці результати узгоджуються з екзопланетою, яка може містити вкриту океаном поверхню під багатою на водень атмосферою. Це відкриття дає захоплюючий погляд на планету, яка не схожа ні на що інше в нашій Сонячній системі, і відкриває цікаві перспективи щодо потенційно придатних для життя світів в інших частинах Всесвіту.

Нове дослідження K2-18 b, екзопланети, яка у 8,6 раза масивніша за Землю, за допомогою космічного телескопа NASA James Webb виявило наявність молекул, що містять вуглець, зокрема метан і вуглекислий газ. Відкриття Вебба доповнює недавні дослідження, які припускають, що K2-18 b може бути екзопланетою Hycean, яка потенційно може володіти багатою воднем атмосферою та поверхнею, вкритою водним океаном.

Перше уявлення про атмосферні властивості цієї екзопланети, придатної для життя, стало результатом спостережень за допомогою космічного телескопа Хаббл NASA, що спонукало до подальших досліджень, які змінили наше розуміння системи.

K2-18 b обертається навколо холодної карликової зірки K2-18 у зоні життя і знаходиться на відстані 120 світлових років від Землі в сузір’ї Лева. Такі екзопланети, як K2-18 b, які мають розміри між Землею та Нептуном, не схожі ні на що в нашій Сонячній системі. Відсутність еквівалентних найближчих планет означає, що ці «субнептуни» погано вивчені, а природа їхніх атмосфер є предметом активних дебатів серед астрономів.

Припущення, що субнептун K2-18 b може бути екзопланетою Hycean, інтригує, оскільки деякі астрономи вважають, що ці світи є перспективним середовищем для пошуку доказів існування життя на екзопланетах.

«Наші висновки підкреслюють важливість розгляду різноманітних середовищ, придатних для життя, у пошуках життя в інших місцях», — пояснив Нікку Мадхусудхан, астроном з Кембриджського університету та провідний автор статті, яка оголошує ці результати. «Традиційно пошуки життя на екзопланетах зосереджені в основному на менших скелястих планетах, але більші гікейські світи значно сприятливіші для атмосферних спостережень».

Велика кількість метану і вуглекислого газу, а також нестача аміаку підтверджують гіпотезу про те, що під насиченою воднем атмосферою в K2-18 b може бути водний океан. Ці початкові спостереження Вебба також забезпечили можливе виявлення молекули під назвою диметилсульфід (DMS). На Землі це виробляється лише життям. Основна частина DMS в атмосфері Землі викидається з фітопланктону в морському середовищі. Висновок DMS менш стійкий і потребує подальшої перевірки.

«Майбутні спостереження Вебба зможуть підтвердити, чи DMS дійсно присутній в атмосфері K2-18 b на значних рівнях», — пояснив Мадхусудхан.

Незважаючи на те, що K2-18 b знаходиться в зоні життя, і тепер відомо, що містить молекули, що містять вуглець, це не обов’язково означає, що на планеті може існувати життя. Великі розміри планети — її радіус у 2,6 раза перевищує радіус Землі — означають, що всередині планети, ймовірно, міститься велика мантія льоду під високим тиском, як у Нептуна, але з тоншою багатою воднем атмосферою та поверхнею океану. Передбачається, що гікейські світи матимуть океани води. Однак також можливо, що океан занадто гарячий, щоб бути придатним для життя або бути рідким.

«Хоча таких планет не існує в нашій Сонячній системі, субнептуни є найпоширенішим типом планет, відомих на цей час у галактиці», — пояснив член групи Субхаджит Саркар з Кардіффського університету. «Ми отримали найдетальніший на сьогодні спектр зони проживання субнептуна, і це дозволило нам визначити молекули, які існують в його атмосфері».

Характеристика атмосфер екзопланет, як-от K2-18 b, тобто ідентифікація їх газів і фізичних умов, є дуже активною областю в астрономії. Однак ці планети буквально затьмарюються блиском їхніх набагато більших батьківських зірок, що робить дослідження атмосфер екзопланет особливо складним.

Команда обійшла цю проблему, проаналізувавши світло від материнської зірки K2-18 b, коли воно проходило крізь атмосферу екзопланети. K2-18 b є транзитною екзопланетою, що означає, що ми можемо помітити падіння яскравості, коли вона проходить через обличчя своєї головної зірки. Так екзопланету вперше виявили у 2015 році під час місії NASA K2. Це означає, що під час транзиту мізерна частка зоряного світла пройде через атмосферу екзопланети, перш ніж досягне таких телескопів, як Webb. Прохід зоряного світла через атмосферу екзопланети залишає сліди, які астрономи можуть зібрати разом, щоб визначити гази атмосфери екзопланети.

«Цей результат став можливим лише завдяки розширеному діапазону довжин хвиль і безпрецедентній чутливості Вебба, що дозволило надійно виявляти спектральні особливості лише за два проходи», — сказав Мадхусудхан. «Для порівняння, одне транзитне спостереження за допомогою Вебба забезпечило порівнянну точність з вісьмома спостереженнями за допомогою Хаббла, які проводилися протягом кількох років і у відносно вузькому діапазоні довжин хвиль».

«Ці результати є результатом лише двох спостережень за K2-18 b, і ще багато інших попереду», — пояснив член групи Саввас Константіну з Кембриджського університету. «Це означає, що наша робота тут лише рання демонстрація того, що Вебб може спостерігати на екзопланетах зони життя».

Результати команди були прийняті для публікації в The Astrophysical Journal Letters.

Тепер команда має намір провести подальші дослідження за допомогою спектрографа телескопа MIRI (Mid-Infrared Instrument), який, як вони сподіваються, підтвердить їхні висновки та дасть нове розуміння умов навколишнього середовища на K2-18 b.

«Наша кінцева мета — виявлення життя на придатній для життя екзопланеті, що змінило б наше розуміння нашого місця у Всесвіті», — підсумував Мадхусудхан. «Наші відкриття є багатообіцяючим кроком до глибшого розуміння гікейських світів у цьому квесті». Джерело