Телескоп Webb дозволяє вперше побачити внутрішню частину екзопланети

На планеті WASP-107 b, схожій на цукрову вату, ховається напрочуд низька кількість метану та величезне ядро. Відкриття, засновані на даних, отриманих космічним телескопом Джеймса Вебба, знаменують собою перші вимірювання маси ядра екзопланети і, ймовірно, ляжуть в основу майбутніх досліджень атмосфери та надр планет, що є ключовим аспектом у пошуку придатних для життя світів за межами нашої Сонячної системи.

«Зазирнути всередину планети за сотні світлових років від вас звучить майже неможливо, але коли ви знаєте масу, радіус, склад атмосфери та спекотність її внутрішніх частин, у вас є все, що вам потрібно, щоб отримати уявлення про це. що всередині і наскільки це ядро ​​важке», — сказав провідний автор Девід Сінг, почесний професор Bloomberg Землі та планетарних наук в Університеті Джона Гопкінса. «Тепер ми можемо зробити це для багатьох різних газових планет у різних системах».

Дослідження, опубліковане в Nature, показує, що на планеті міститься в тисячу разів менше метану, ніж очікувалося, а ядро ​​в 12 разів масивніше земного. Гігантська планета, оповита розпеченою атмосферою, пухнастою, як бавовна, WASP-107 b обертається навколо зірки приблизно за 200 світлових років від нас. Він пухкий через свою структуру: світ розміром з Юпітер і має лише десяту частину маси цієї планети.

Незважаючи на те, що на ній є метан — цеглинка життя на Землі, планета не вважається придатною для життя через її близькість до батьківської зірки та відсутність твердої поверхні. Але це може містити важливі підказки про пізню стадію планетарної еволюції.

В окремому дослідженні, опублікованому сьогодні в Nature, інші вчені також помітили метан за допомогою телескопа Webb і надали аналогічну інформацію про розмір і щільність планети.

«Ми хочемо подивитися на планети, більш схожі на газові гіганти в нашій сонячній системі, в атмосфері яких багато метану», — сказав Сінг. «Ось тут історія WASP-107 b стала дуже цікавою, тому що ми не знали, чому рівень метану такий низький».

Нові вимірювання метану свідчать про те, що молекула перетворюється на інші сполуки, коли тече вгору з надр планети, взаємодіючи з сумішшю інших хімічних речовин і світлом зірок у верхніх шарах атмосфери. Команда також виміряла діоксид сірки, водяну пару, вуглекислий газ і чадний газ і виявила, що WASP-107 b містить більше важких елементів, ніж Уран і Нептун.

Профіль хімії планети починає розкривати ключові частини в головоломці того, як планетарні атмосфери поводяться в екстремальних умовах, сказав Сінг. Його команда проведе подібні спостереження протягом наступного року на додаткових 25 планетах за допомогою телескопа Webb.

«Ми ніколи не могли детально вивчити цей процес змішування в атмосфері екзопланети, тому це допоможе зрозуміти, як відбуваються ці динамічні хімічні реакції», — сказав Сінг. «Це те, що нам точно потрібно, коли ми починаємо дивитися на скелясті планети та сигнатури біомаркерів».

Вчені припустили, що надмірно збільшений радіус планети є результатом джерела тепла всередині, сказав Зафар Рустамкулов, докторант Джона Гопкінса з планетології, який керував дослідженням. Поєднавши фізичні моделі атмосфери та внутрішньої атмосфери з даними Вебба про WASP-107 b, команда пояснила, як термодинаміка планети впливає на її спостережувану атмосферу.

«Планета має гаряче ядро, і це джерело тепла змінює хімічний склад газів глибше, але також сприяє цьому сильному, конвективному змішуванню, яке виходить зсередини», — сказав Рустамкулов. «Ми вважаємо, що це тепло спричиняє зміну хімічного складу газів, зокрема, руйнує метан і утворює підвищену кількість вуглекислого та чадного газу».

Нові знахідки також представляють найчіткіший зв’язок, який вчені змогли встановити щодо внутрішніх частин екзопланети та верхньої частини її атмосфери, сказав Рустамкулов. Минулого року телескоп Webb помітив діоксид сірки приблизно за 700 світлових років від нас на іншій екзопланеті під назвою WASP-39, забезпечивши перші докази атмосферної сполуки, створеної реакціями, викликаними світлом зірок.

Зараз команда Джона Гопкінса зосереджується на тому, що може підтримувати гаряче ядро, і очікує, що діють сили, подібні до тих, що викликають припливи та відливи в океанах Землі. Вони планують перевірити, чи розтягує та тягне планету її зірка, і як це може пояснити високу температуру ядра.