Концепция художника WASP-107 b показывает турбулентное перемешивание атмосферы внутри газовой оболочки планеты. Фото: Роберто Моляр Канданоса/Университет Джонса Хопкинса.
Удивительно низкое количество метана и огромное ядро скрываются внутри похожей на сладкую вату планеты WASP-107 b.
Открытия, основанные на данных, полученных космическим телескопом Джеймса Уэбба, знаменуют собой первые измерения массы ядра экзопланеты и, вероятно, послужат основой для будущих исследований планетарных атмосфер и недр, что является ключевым аспектом в поиске обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы.
«Заглянуть внутрь планеты, находящейся на расстоянии сотен световых лет, кажется почти невозможным, но когда вы знаете массу, радиус, состав атмосферы и температуру ее недр, у вас есть все необходимое, чтобы получить представление о ней. что находится внутри и насколько тяжело это ядро», — сказал ведущий автор Дэвид Синг, заслуженный профессор наук о Земле и планетах Bloomberg в Университете Джонса Хопкинса. «Теперь мы можем сделать это для множества различных газовых планет в различных системах».
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature, показывает, что на планете в тысячу раз меньше метана, чем ожидалось, а ядро в 12 раз массивнее, чем у Земли.
Гигантская планета, окутанная раскаленной атмосферой, пушистой, как хлопок, WASP-107 b вращается вокруг звезды на расстоянии около 200 световых лет от нас. Он раздутый из-за своего строения: мир размером с Юпитер, масса которого составляет лишь десятую часть массы этой планеты.
Несмотря на то, что на ней есть метан — строительный блок жизни на Земле — планета не считается пригодной для жизни из-за близости к родительской звезде и отсутствия твердой поверхности. Но оно может содержать важные подсказки о поздней стадии планетарной эволюции.
В отдельном исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, другие ученые также обнаружили метан с помощью телескопа Уэбба и предоставили аналогичные сведения о размере и плотности планеты.
«Мы хотим посмотреть на планеты, более похожие на газовые гиганты нашей Солнечной системы, в атмосфере которых много метана», — сказал Синг. «Именно здесь история WASP-107 b стала действительно интересной, потому что мы не знали, почему уровень метана был таким низким».
Художественная концепция WASP-107 b, теплой экзопланеты Нептуна, находящейся примерно в 200 световых годах от нас. Фото: Роберто Моляр Канданоса/Университет Джонса Хопкинса.
Новые измерения метана предполагают, что молекула трансформируется в другие соединения по мере движения вверх из недр планеты, взаимодействуя со смесью других химических веществ и звездным светом в верхних слоях атмосферы. Команда также измерила диоксид серы, водяной пар, углекислый газ и угарный газ — и обнаружила, что WASP-107 b содержит больше тяжелых элементов, чем Уран и Нептун.
По словам Синга, химический состав планеты начинает раскрывать ключевые детали загадки того, как планетарные атмосферы ведут себя в экстремальных условиях. Его команда проведет аналогичные наблюдения в следующем году еще на 25 планетах с помощью телескопа Уэбба.
«Нам никогда не удавалось подробно изучить этот процесс смешивания в атмосфере экзопланеты, поэтому это будет иметь большое значение для понимания того, как работают эти динамические химические реакции», — сказал Синг. «Это то, что нам определенно нужно, когда мы начинаем изучать каменистые планеты и признаки биомаркеров».
Ученые предположили, что завышенный радиус планеты является результатом наличия источника тепла внутри, рассказал Зафар Рустамкулов, докторант планетарных наук Университета Джонса Хопкинса, который руководил исследованием. Объединив модели физики атмосферы и внутреннего строения с данными Уэбба по WASP-107 b, команда объяснила, как термодинамика планеты влияет на ее наблюдаемую атмосферу.
«У планеты есть горячее ядро, и этот источник тепла меняет химический состав газов глубже, но он также вызывает сильное конвективное перемешивание, поднимающееся изнутри», — сказал Рустамкулов. «Мы думаем, что это тепло вызывает изменение химического состава газов, в частности, разрушение метана и образование повышенного количества углекислого газа и угарного газа».
Новые результаты также представляют собой наиболее четкую связь, которую ученые смогли установить между внутренней частью экзопланеты и верхней частью ее атмосферы, сказал Рустамкулов. В прошлом году телескоп Уэбба обнаружил диоксид серы на расстоянии около 700 световых лет от Земли на другой экзопланете под названием WASP-39, предоставив первое свидетельство существования атмосферного соединения, созданного в результате реакций, вызванных звездным светом.
Команда Джона Хопкинса сейчас концентрируется на том, что может поддерживать температуру ядра, и ожидает, что могут действовать силы, подобные тем, которые вызывают приливы и отливы в земных океанах. Они планируют проверить, растягивается ли планета своей звездой и как это может объяснить высокую температуру ядра.
Информация от: Университетом Джонса Хопкинса
