«James Webb» впервые напрямую зафиксировал углекислый газ в атмосферах экзопланет

Космический телескоп «James Webb» впервые напрямую зафиксировал углекислый газ в атмосферах экзопланет, исследуя миры вокруг звезды HR 8799. Эта система, расположенная в 130 световых годах от Земли, давно привлекает внимание ученых, изучающих механизмы формирования планет. Анализ данных, включающий также наблюдения системы Eridani 51, опубликован в журнале The Astrophysical Journal.

Наблюдения предоставляют убедительные доказательства того, что четыре гигантские планеты системы HR 8799 формировались по тому же механизму, что и Юпитер с Сатурном, – посредством постепенного накопления твердого ядра, которое затем притянуло газ. Кроме того, они подтверждают, что «James Webb» способен не только анализировать атмосферный состав экзопланет по спектру звездного света, но и напрямую исследовать их химию.

«Обнаружение выраженных линий углекислого газа показывает, что атмосферы этих планет содержат значительное количество тяжелых элементов, таких как углерод, кислород и железо. Это говорит в пользу гипотезы аккреции ядра – вероятного сценария их формирования», – отметили авторы исследования.

Молодая система и ее значение для науки

Система HR 8799 относительно молода – ее возраст составляет около 30 миллионов лет, что является лишь малой долей возраста Солнечной системы. Планеты HR 8799 все еще остаются горячими и излучают значительное количество инфракрасного света, что дает ученым ценную информацию о процессе их образования.

Считается, что газовые гиганты могут формироваться двумя способами: либо через медленное накопление ядра, как в Солнечной системе, либо за счет быстрого гравитационного коллапса охлаждающегося газового диска. Определение наиболее распространенного механизма поможет лучше понять процессы формирования планет в других звездных системах.

«Мы стремимся не только изучить экзопланеты, но и лучше понять происхождение Солнечной системы. Сравнивая ее с другими системами, мы можем определить, насколько она уникальна или, наоборот, типична», – пояснили авторы исследования.

Прямые наблюдения экзопланет

Прямые изображения экзопланет – редкость, поскольку они намного тусклее своих звезд. Однако «James Webb» обладает коронографами, которые блокируют яркий свет звезды и позволяют наблюдать слабые объекты поблизости. Эти устройства сыграли ключевую роль в исследовании, открыв возможность изучать экзопланеты в инфракрасном диапазоне.

Команда астрономов сфокусировалась на диапазоне длин волн 3–5 микрометров. Это позволило впервые зафиксировать экзопланету HR 8799 e на длине волны 4,6 микрометра, а также Eridani 51 b на 4,1 микрометра, что демонстрирует высокую чувствительность телескопа.

Еще в 2022 году «James Webb» зафиксировал углекислый газ в атмосфере экзопланеты WASP-39 b, но тогда это было сделано косвенным методом – по изменению спектра звездного света во время прохождения планеты перед звездой. Новая работа показала, что телескоп способен и на прямое детектирование газа.

«Теперь у нас есть уверенность, что телескоп позволяет исследовать даже внутренние планеты экзосистем. Это открывает перед нами новые горизонты в изучении процессов планетообразования», – добавили авторы исследования.

Влияние гигантских планет на эволюцию планетных систем

Будущие наблюдения с использованием коронографов «James Webb» помогут выяснить, насколько распространен механизм аккреции ядра среди экзопланет. Исследование крупных газовых гигантов также важно для понимания формирования и эволюции землеподобных миров.

«Если в системе присутствуют массивные гиганты, они могут либо разрушить, либо защитить потенциально обитаемые планеты. Изучая их, мы делаем важный шаг к пониманию условий, необходимых для существования обитаемых миров», – заключили авторы исследования.