Не просто газ: JWST нашел воду и углекислый газ в атмосфере супернептуна WASP-166 b
Атмосфера экзопланеты WASP-166 b, расположенной в 400 световых годах от Земли, оказалась настоящим химическим парадоксом. Данные, полученные космической обсерваторией «Джеймс Уэбб» (JWST), заставляют пересмотреть сценарии формирования газовых гигантов. Вместо ожидаемого набора элементов, характерного для звезды-хозяина, исследователи обнаружили аномально низкое содержание углерода относительно кислорода. Это открытие ставит под вопрос существующие модели планетогенеза и указывает на сложные, ранее не учтенные процессы миграции вещества в молодых планетных системах.
Горячий супернептун на грани испарения
Объект WASP-166 b относится к редкому классу «горячих нептунов» — планет, которые находятся настолько близко к своей звезде, что их газовые оболочки интенсивно нагреваются и рассеиваются в космос. Равновесная температура на ее поверхности достигает почти 1000°C. Полный оборот вокруг светила она совершает всего за 5,44 земных суток, находясь на расстоянии 0,067 астрономической единицы. Для сравнения, Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, находится в семь раз дальше. Диаметр WASP-166 b в семь раз превышает земной, а масса — в 32 раза. Такие параметры делают ее идеальным кандидатом для изучения атмосферной эрозии.
Химический дисбаланс: ключ к истории планеты
Главный сюрприз преподнесло соотношение углерода и кислорода (C/O). На WASP-166 b этот показатель равен 0,282, тогда как у ее родительской звезды — 0,41, а у Солнца — 0,55. Это принципиальное расхождение указывает на то, что планета формировалась не из того же газопылевого облака, что и звезда, или же прошла через уникальную эволюцию. Атмосфера оказалась богата водяным паром и углекислым газом, а также содержит следы аммиака. При этом поиски монооксида углерода, который должен присутствовать в таких мирах, не дали результатов.
Роль JWST в детальном анализе
Команда под руководством Эндрю У. Майо из Университета штата Сан-Франциско использовала два инструмента телескопа — спектрограф NIRISS и камеру NIRCam. Это позволило не только идентифицировать молекулы, но и измерить давление в облачном слое. Оставшаяся часть атмосферы, по расчетам, состоит из водорода и гелия в пропорциях, напоминающих первичную солнечную туманность. Однако высокая металличность (1,57 декс) и низкое содержание углерода указывают на то, что планета в прошлом поглотила большое количество твердого материала, богатого кислородом, но бедного углеродом.
Сценарии формирования: аккреция и эрозия
Ученые предполагают, что WASP-166 b сформировалась в результате аккреции планетезималей — небольших ледяных и каменных тел. Однако дальнейшая судьба планеты была предопределена близостью к звезде. Мощное ультрафиолетовое излучение могло вызвать фотоиспарение легких элементов, а гравитационное взаимодействие — эрозию ядра. В результате атмосфера обогатилась тяжелыми элементами, а соотношение C/O сместилось в сторону кислорода. Это открытие дает новую пищу для размышлений о том, как выглядят «пустыни горячих нептунов» — зоны, где планеты таких размеров встречаются крайне редко из-за разрушительного воздействия звезды.
Первые экзопланеты были открыты всего три десятилетия назад, и с тех пор астрономы перешли от простой регистрации объектов к детальному химическому анализу их атмосфер. WASP-166 b была обнаружена наземными телескопами в 2018 году, но только появление JWST позволило заглянуть в ее газовую оболочку. Полученные данные станут важным вкладом в базу знаний о том, как формируются и эволюционируют планеты в условиях экстремального излучения. Изучение химического состава таких миров приближает нас к пониманию того, насколько разнообразными могут быть условия для возникновения жизни во Вселенной и какие процессы делают планету пригодной или непригодной для нее.
