Впервые космический телескоп «James Webb» напрямую зарегистрировал присутствие углекислого газа в атмосферах экзопланет, проведя исследование планетных систем вокруг звезды HR 8799. Эта звездная система, находящаяся на расстоянии 130 световых лет от Земли, уже продолжительное время вызывает интерес у ученых, занимающихся изучением процессов формирования планет. Результаты анализа данных, включающие также наблюдения системы Eridani 51, были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Полученные данные предоставляют весомые свидетельства того, что четыре газовых гиганта системы HR 8799 сформировались аналогичным образом, как и Юпитер с Сатурном – посредством постепенного накопления твердого ядра, которое впоследствии привлекло к себе газ. Также эти наблюдения подтверждают способность «James Webb» не только анализировать состав атмосфер экзопланет по спектру звездного света, но и проводить прямое исследование их химического состава.
«Выявление четких линий углекислого газа указывает на то, что в атмосферах этих планет содержится значительное количество тяжелых элементов, таких как углерод, кислород и железо. Это подтверждает гипотезу о формировании ядра посредством аккреции – наиболее вероятного сценария их возникновения», – заявили авторы научной работы.
Молодая система и ее значение для науки
Система HR 8799 относительно молода: ее возраст оценивается примерно в 30 миллионов лет, что является незначительной величиной по сравнению с возрастом Солнечной системы. Планеты этой системы остаются достаточно горячими и излучают значительное количество инфракрасного света, предоставляя ученым ценные сведения о процессе их формирования.
Существуют две основные гипотезы о том, как формируются газовые гиганты: постепенное наращивание массы ядра, подобно тому, как это произошло в Солнечной системе, или же стремительный гравитационный коллапс охлаждающегося газового диска. Установление наиболее вероятного сценария позволит глубже понять процессы формирования планетных систем за пределами нашей собственной.
«Наша цель – не просто исследовать экзопланеты, но и прояснить происхождение Солнечной системы. Сопоставляя ее характеристики с другими звездными системами, мы сможем установить, насколько она является уникальной или же типичным примером», – отметили ученые, проводившие исследование.
Прямые наблюдения экзопланет
Визуальное получение изображений экзопланет представляет собой сложную задачу, поскольку они значительно уступают своим звездам в яркости. Тем не менее, телескоп «James Webb» оснащен коронографами, которые экранируют яркий звездный свет и обеспечивают возможность наблюдения за более слабыми объектами в непосредственной близости от звезды. Эти приборы сыграли важную роль в данном исследовании, предоставив возможность изучать экзопланеты в инфракрасном спектре.
Специалисты в области астрономии провели наблюдение в диапазоне длин волн от трех до пяти микрометров. Благодаря этому удалось впервые зарегистрировать экзопланету HR 8799 e на длине волны 4,6 микрометра и Eridani 51 b на 4,1 микрометре, что указывает на высокую эффективность используемого телескопа.
Уже в 2022 году телескоп «James Webb» зарегистрировал наличие углекислого газа в атмосфере экзопланеты WASP-39 b, однако это было достигнуто с использованием косвенного метода – путем анализа изменений в спектре звездного света во время прохождения планеты перед звездой. Новое исследование продемонстрировало способность телескопа к прямому обнаружению этого газа.
«Мы получили подтверждение того, что данный телескоп способен анализировать даже внутренние планеты в экзопланетных системах. Это открывает новые возможности для изучения процессов формирования планет», – отметили исполнители исследования.
Влияние гигантских планет на эволюцию планетных систем
Дальнейшие наблюдения с применением коронографов «James Webb» позволят определить, насколько широко распространен механизм аккреции ядра среди экзопланет. Изучение крупных газовых гигантов также имеет значение для понимания формирования и развития планет земного типа.
«Когда в гравитационной системе присутствуют крупные массивные объекты, они способны как уничтожать, так и оберегать планеты, на которых потенциально может существовать жизнь. Проведение исследований этих объектов позволяет нам продвинуться в понимании тех факторов, которые необходимы для формирования обитаемых планет», – отметили ученые, представившие результаты своей работы.
