Спектр передачи, захваченный космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА, выявляет присутствие воды (H2O) и возможного присутствия диоксида серы (SO2) и монооксида углерода (CO), но никаких признаков углекислого газа (CO2) или метан (CH4), в атмосфере горячего суб-ниптинового экзоплана TOI-421 B. Наблюдения подтверждают гипотезу о том, что планеты. Этот горячий (TOI-421 B составляет около 1340 ° F), имеют четкие атмосферы, которые не скрыты облаками и дымкой. Кредит: Иллюстрация НАСА, ЕКА, CSA, Джозефа Олмстеда (STSCI)
Хотя они не вращаются вокруг нашего Солнца, субсетун являются наиболее распространенным типом экзопланеты или планеты за пределами нашей солнечной системы, которые наблюдались в нашей галактике. Эти маленькие, газовые планеты окутаны загадкой … и часто, много тумана. Теперь, наблюдая за Exoplanet Toi-421 B, космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА помогает ученым понять субсептуны таким образом, чтобы это было невозможно до запуска телескопа.
«Я ждал всю свою карьеру в Уэббе, чтобы мы могли осмысленно охарактеризовать атмосферы этих небольших планет», — сказала главный следователь Элиза Кемптон из Университета Мэриленда, Колледж -парк. «Изучая их атмосферу, мы лучше понимаем, как сформировались и развивались субсептуны, и часть этого понимает, почему их не существует в нашей солнечной системе».
Результаты опубликованы в астрофизических журнальных буквах.
Маленький, прохладный, окутанный в тумане
Существование субсептун было неожиданным, прежде чем они были обнаружены отставным космическим телескопом Кеплера НАСА в последнем десятилетии. Теперь астрономы пытаются понять, откуда взялись эти планеты и почему они так распространены.
До Уэбба ученые имело очень мало информации о них. В то время как субсептуны в несколько раз больше, чем Земля, они все еще намного меньше, чем газо-гигантские планеты и, как правило, прохладнее, чем горячие Юпитеры, что делает их гораздо более сложными для наблюдения, чем их газо-гигантские коллеги.
Ключевым выводом перед Уэббом было то, что в большинстве субсептунных атмосфер были плоские или безличные спектры передачи. Это означает, что когда ученые наблюдали спектр планеты, когда она проходила перед своей звездой-хозяином, вместо того, чтобы увидеть спектральные особенности-химические отпечатки пальцев, которые выявили бы состав атмосферы-они увидели только спектр плоской линии. Из всех тех спектров с плоской линией астрономы пришли к выводу, что, по крайней мере, определенные субсептуны, вероятно, были очень очень скрыты либо облаками, либо опасными.
Другой вид суб-ниптуна?
«Почему мы наблюдали эту планету, TOI-421 B? Это потому, что мы думали, что, возможно, у нее не будет опасности»,-сказал Кемптон. «И причина в том, что были некоторые предыдущие данные, которые подразумевали, что, возможно, планеты в определенном температурном диапазоне были менее закреплены в тумане или облаках, чем другие».
Этот порог температуры составляет около 1070 градусов по Фаренгейту. Ниже ученые предположили, что между солнечным светом и метаном будет возникнуть сложный набор фотохимических реакций, и это вызвало бы дымку. Но более горячие планеты не должны иметь метана, и, следовательно, возможно, не должно быть дымки.
Температура TOI-421 B составляет около 1340 градусов по Фаренгейту, намного выше предполагаемого порога. Без дымки или облака исследователи ожидали увидеть четкую атмосферу — и они сделали!
Концепция этого художника показывает, как может выглядеть горячий суб-ниптун Exoplanet To-421 B. TOI-421 B вращает солнечную звезду примерно 244 световых лет от Земли в созвездий Lepus (Заяц). Планета находится между Землей и Нептуном с точки зрения размера, массы и плотности, а ее звезда немного меньше и прохладнее солнца. Однако, поскольку планета вращается очень близко к звезде (всего 0,056 астрономических единиц, или 5,6% расстояния между землей и солнцем), она очень жарко. Спектроскопические наблюдения TOI-421 B, захваченные NIRISS (ближний инфракрасный Imager и безрелый спектрограф) и NIRSPEC (около инфракрасного спектрографа) на космическом телескопе Джеймса Уэбба НАСА (H2O (H2O) и возможного присутствия диоксида серы (SO2) и углерода (CO) в водородной атмосфере. В отличие от более прохладных суб-ниптун, TOI-421 B, по-видимому, имеет четкую атмосферу, которая не окутана облаками и туманой. Концепция этого художника основана на спектроскопических данных, собранных Уэббом, а также на предыдущих наблюдениях других телескопов на местах и в космосе. Уэбб не снял никаких изображений планеты. Кредит: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STSCI)
Удивительный вывод
«Мы видели спектральные особенности, которые мы приписываем различным газам, и это позволило нам определить состав атмосферы»,-сказал Брайан Давенпорт из Университета Мэриленда, доктор философии третьего курса. Студент, который провел основной анализ данных.
«Принимая во внимание, что со многими другими субсептунами, которые были замечены ранее, мы знаем, что их атмосфера сделана из чего-то, но они блокируются Haze».
Команда обнаружила водяной пар в атмосфере планеты, а также предварительные сигнатуры монооксида углерода и диоксида серы. Тогда есть молекулы, которые они не обнаружили, такие как метатан и углекислый газ. Из данных они также могут сделать вывод, что большое количество водорода находится в атмосфере TOI-421 B.
Легкая атмосфера водорода была большим сюрпризом для исследователей. «Недавно мы обваляли идею о том, что у этих первых нескольких суб-ниптунов, наблюдаемых Уэббом, была атмосфера тяжелой молекулы, так что это стало нашим ожиданием, а затем мы нашли наоборот»,-сказал Кемптон. Это предполагает, что TOI-421 B мог образоваться и развиваться иначе, чем более холодные суб-ниптуны, наблюдаемые ранее.
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
TOI-421 B уникальным?
Атмосфера, доминирующая с водородом, также интересна, потому что она имитирует состав звезды хозяина TOI-421 B. «Если вы просто взяли тот же газ, который сделал хозяину звезды, плюп на вершине атмосферы планеты и положил его на более прохладную температуру этой планеты, вы получите одинаковую комбинацию газов. Этот процесс в большей степени соответствует гигантским планетам в нашей солнечной системе, и он отличается от других субсептунунов, которые наблюдались с Уэббом до сих пор».
Помимо того, что они горячее, чем другие субсептуны, ранее наблюдаемые с Webb, TOI-421 B вращается в солнечной звезде. Большинство других суб-ниптунов, которые наблюдались до сих пор на орбите меньше, более прохладные звезды, называемые красными карликами.
Является ли TOI-421B символом горячих суб-ниптун, вращающихся с солнечными звездами, или просто экзопланеты очень разнообразны? Чтобы выяснить, исследователи хотели бы наблюдать более горячих суб-ниптун, чтобы определить, является ли это уникальным случаем или более широкой тенденцией. Они надеются получить представление о формировании и эволюции этих общих экзопланет.
«Мы разблокировали новый способ взглянуть на эти субсептуны»,-сказал Давенпорт. «Эти высокотемпературные планеты поддаются характеристике. Поэтому, глядя на субсептун этой температуры, мы, возможно, с большей вероятностью ускоряем нашу способность узнать об этих планетах».
Информация от: научным институтом космического телескопа
