Возможное обнаружение диоксида серы и сероводорода намекает на расплавленную или вулканическую поверхность. Фото: Геологическая служба США
Сегодня нам известно более 5000 экзопланет: планет за пределами нашей Солнечной системы, которые вращаются вокруг других звезд. В то время как усилия по открытию новых миров продолжаются, мы постоянно узнаем больше об уже обнаруженных нами экзопланетах: их размерах, из чего они состоят и есть ли у них атмосфера.
Наша команда теперь предоставила предварительные доказательства существования богатой серой атмосферы в мире, который в 1,5 раза больше Земли и расположен на расстоянии 35 световых лет от нас. Если это подтвердится, это будет самая маленькая из известных экзопланет с атмосферой. Потенциальное присутствие газов диоксида серы (SO₂) и сероводорода (H₂S) в этой атмосфере намекает на расплавленную или вулканическую поверхность.
В нашей Солнечной системе есть две отдельные категории планет — маленькие скалистые, включая Землю и Марс, и газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн. Однако экзопланеты охватывают широкий спектр размеров. В нашей Солнечной системе нет планеты, размер которой находится в диапазоне от Земли до Нептуна, но оказывается, что это наиболее распространенный тип планет, который мы видели вокруг других звезд в нашей галактике.
Те, что ближе к размеру Нептуна, называются субнептунами, а те, что ближе к размеру Земли, называются суперземлями. L 98-59 d — суперЗемля, немного больше и тяжелее Земли. Состав атмосфер этих планет все еще остается открытым вопросом, который мы только начинаем исследовать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), запущенного в 2021 году.
L 98-59 d была открыта в 2019 году с помощью космического телескопа НАСА Тесс. Большинство экзопланет, в том числе L 98-59 d, были обнаружены «транзитным методом». Это позволяет измерить крошечные провалы в звездном свете, когда планета проходит перед звездой. Этот провал более выражен для более крупных планет и позволяет нам определить размер планеты.
Даже JWST не может отделить эти крошечные планеты от звезд-хозяев, поскольку они вращаются вокруг своих звезд слишком близко. Но есть способ увидеть атмосферу планеты в этом запутанном свете. Когда планета проходит перед своей звездой, часть звездного света проходит через атмосферу планеты, попадая в молекулы или атомы газа, присутствующие там, на пути к нам, на Землю.
Каждый газ изменяет свет по-своему. По свету, который мы получаем от этой звездной системы, мы можем сделать вывод о том, каким может быть состав этой атмосферы. Это называется трансмиссионной спектроскопией — проверенный метод, который ранее использовался для подтверждения присутствия CO₂ в атмосфере экзопланеты.
Я вхожу в международную группу ученых, которые использовали JWST для наблюдения за одним прохождением L 98-59 d по диску своей родительской звезды. Затем из этих наблюдений мы получили спектр пропускания атмосферы экзопланеты. Этот спектр намекал на возможное присутствие атмосферы, наполненной диоксидом серы и сероводородом. Эти результаты опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.
Далекая экзопланета может иметь некоторое сходство со спутником Юпитера Ио. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Университет Аризоны.
Это открытие было неожиданным, поскольку оно резко контрастирует с атмосферами скалистых планет нашей солнечной системы, где водяной пар и углекислый газ гораздо более распространены. Например, атмосфера Земли богата азотом и кислородом и содержит незначительные количества водяного пара. Между тем, Венера имеет плотную атмосферу, в которой преобладает углекислый газ. Даже Марс имеет тонкую атмосферу, в которой преобладает углекислый газ.
Затем мы использовали компьютерные модели, учитывающие наше понимание планетных атмосфер и света, исходящего от L 98-59 d, чтобы составить потенциальную картину состава атмосферы этой планеты. Отсутствие обычных газов, таких как углекислый газ, и присутствие SO₂ и H₂S предполагает, что атмосфера формируется совершенно другими процессами, чем те, с которыми мы знакомы в нашей Солнечной системе. Это намекает на уникальные и экстремальные условия на L 98-59 d, такие как расплавленная или вулканическая поверхность.
Для подтверждения присутствия этих газов потребуются дополнительные наблюдения. Наблюдения JWST ранее обнаруживали признаки SO₂ на экзопланете, но это был газовый гигант, а не потенциально скалистый мир, такой как L 98-59 d.
Экзо-вулканы?
Потенциальное присутствие SO₂ и H₂S вызывает вопросы об их происхождении. Одной из взрывоопасных возможностей является вулканизм, вызванный приливным нагревом, очень похожий на то, что наблюдается на спутнике Юпитера Ио. Гравитационное притяжение родительской звезды на этой планете растягивает и сжимает ее по мере движения по орбите. Это движение может нагреть центр планеты, расплавить ее внутреннюю часть и вызвать сильные извержения вулканов и, возможно, даже океаны магмы.
В сочетании с непосредственной близостью к звезде (один год на этой планете равен семи с половиной земным дням) на поверхности могут достигаться поистине адские температуры. Если будущие наблюдения подтвердят наличие такой атмосферы, это будет не только самая маленькая экзопланета с обнаруженной атмосферой, но и важный шаг на пути к пониманию природы таких планет.
Обнаружение атмосфер на маленьких скалистых планетах исключительно сложно, поскольку планеты очень малы по сравнению с родительскими звездами, а также поскольку интенсивное излучение звезд-хозяев часто разрушает атмосферу. Эти наблюдения, хотя и дразнящие, происходят только в результате одного транзита. Это означает, что инструментальный шум и другие факторы не позволяют нам делать статистически убедительные заявления. Будущие наблюдения JWST будут иметь ключевое значение для подтверждения или опровержения нашего анализа.
L 98-59 d, возможно, не является кандидатом на жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, но изучение ее сернистой атмосферы и потенциального вулканизма дает ценную информацию о мирах вокруг других звезд. Подобные экстремальные миры помогают нам понять разнообразие планетарной эволюции по всей галактике.
Информация от: Разговором
