Вчені знайшли на гарячій суперземлі товсту атмосферу

Знайти екзопланету, схожу на Землю, виявилося непросто, особливо за параметрами атмосфери. У всіх досліджених сьогодні кандидатів атмосфери виявилися вкрай невеликими, або ж спостереження дали неоднозначні результати. Цей тренд може змінити екзопланету Янссен. За даними спостережень космічного телескопа «Джеймс Вебб», атмосфера цієї кам’янистої планети досить товста і цікава за складом.

Планета Янссен, або 55 Рака e, давно зацікавила астрономів. Це одна з перших відкритих транзитних суперземель (тобто планета регулярно проходить між нами та зіркою). У її «сім’ї» ще як мінімум чотири планети, серед яких є гарячий юпітер та газовий гігант з орбітальним періодом у 15 років. Всі вони літають навколо яскравого жовтого карлика, який є частиною подвійної зірки. Його компаньйон, червоний карлик, літає з відривом близько 1060 астрономічних одиниць.

Жовтий карлик 55 Рака — одна з небагатьох відомих яскравих зірок із планетами, що транзитують. Втім, транзитним методом виявили лише Янссена, решта поки відкриті лише за «вихованням» зірки, тобто методом променевих швидкостей. До речі, зірку видно неозброєним оком за сприятливих погодних умов. Вона розташована за 40 світлових років від нас.

Кам’янистий Янссен знаходиться найближче до зірки і робить оборот менш ніж за одну земну добу. Він майже вдвічі більший за Землю (1,95 земного радіуса), а за масою — майже в дев’ять разів більше (8,8 земної маси). Через близькість до світила його рівноважна температура сягає 1,7 тисячі градусів Цельсія (дві тисячі кельвінів). Це можна порівняти з температурою найхолодніших зірок.

Астрономи давно спостерігають за цією планетою у спробі розібратися в її будові та складі. Транзитний метод дозволяє вивчити будову атмосфери, аналізуючи зміни у випромінюванні зірки, коли планета проноситься перед нею.

Так вчені підтвердили, що Янсен не може мати переважно водневу атмосферу, тобто атмосферу, «дану йому від народження». По-перше, цього не видно у даних спостережень. По-друге, за такої близькості до зірки вона давно «випарувалася».

Астрономи, що аналізували ймовірну історію та умови еволюції Янссена, навіть дійшли висновку, що планета, ймовірно, «гола». Інші вчені припустили, що якщо атмосфера і є, то вона «вторинна», насичена з’єднаннями від процесів на планеті, в першу чергу вулканічних. Всі ці дослідження проводили до запуску космічного телескопа Джеймс Вебб. З урахуванням багаторічного інтересу до цієї екзопланети не дивно, що у програмі роботи телескопа виділили час вивчення Янссена. І ось вчені поділилися результатами перших спостережень.

У новій роботі, опублікованій у журналі Nature, дослідники опрацювали дані, зібрані «Джеймсом Веббом». Незважаючи на дозвіл і можливості телескопа, очистити отримані значення від шуму зірки та інших сусідніх джерел виявилося непросто. Аналіз проводили незалежно одразу кілька груп. У них було два набори даних: NIRCam у ближньому інфрачервоному (від спостережень у 2022 році) та MIRI у середньому інфрачервоному діапазонах (від спостережень у 2023 році).

Насамперед вивчили температуру та «яскравість» планети, щоб відкинути гіпотезу про «голу» планету. Розплавлена ​​лава не здатна дати такі показники, отже, жар має розподіляти значна за обсягом атмосфера — завтовшки кілька відсотків від радіуса планети.

Щоб визначити склад цієї атмосфери, «очищені» дані спостережень вчені перевірили на багатьох комп’ютерних моделях різного співвідношення з’єднань. Найкраще під показники підійшла багата чадним та вуглекислим газом атмосфера. У деяких моделях збіг виходив ще краще при додаванні води, сірчистого газу та фосфіну.

Як показали автори роботи, Янссен може підтримувати таку атмосферу океаном магми. У таких умовах навіть сильне випромінювання зірки неспроможна її «випарувати». Понад те, помічені «коливання» у випромінюванні самої планети можуть пояснюватися викидами з лавового океану — як летких речовин, які впливають нагрівання різних верств атмосфери, і сполук, здатних конденсуватися в короткохмарні хмари.

Щоб переконатися у цих висновках, автори роботи закликали продовжити спостереження за атмосферою планети за допомогою телескопа Джеймс Вебб.