Два космических телескопа НАСА объединились, чтобы впервые идентифицировать подробный химический «отпечаток» планеты, имеющей размеры между Землей и Нептуном. Подобных планет в нашей солнечной системе не найти, но они распространены вокруг других звезд.
Планета Gliese 3470 b (также известная как GJ 3470 b) может быть средней между Землей и Нептуном, с большим каменистым ядром, погребенным в глубокой, разрушительной атмосфере водорода и гелия. При весе 12,6 масс Земли планета более массивна, чем Земля, но менее массивна, чем Нептун (который составляет более 17 масс Земли).
Многие подобные миры были обнаружены космической обсерваторией НАСА Кеплер, миссия которой завершилась в 2018 году. Фактически, 80% планет в нашей галактике могут попасть в этот диапазон масс. Однако астрономы никогда не были в состоянии понять химическую природу такой планеты, говорят исследователи.
Изучая состав атмосферы GJ 3470 b, астрономы могут найти подсказки о природе и происхождении планеты.
«Это большое открытие с точки зрения формирования планет. Планета вращается очень близко к звезде и является гораздо менее массивной, чем Юпитер (в 318 раз больше массы Земли), но ей удалось вырастить изначальную атмосферу водорода — гелия, которая в значительной степени «незагрязнена». «У нас нет ничего подобного в солнечной системе, и это делает его поразительным».
Астрономы привлекли комбинированные мультиволновые возможности космических телескопов НАСА «Хаббл» и «Спитцер», чтобы провести первое в своем роде исследование атмосферы GJ 3470 b.
Оно было достигнуто путем измерения поглощения звездного света, когда планета проходила перед своей звездой (транзит), и потери отраженного света от планеты, когда она проходила за звездой (затмение). В общей сложности космические телескопы наблюдали 12 транзитов и 20 затмений. Наука анализа химических «отпечатков пальцев» на основе света называется «спектроскопия».
«Впервые у нас есть спектроскопическая подпись такого мира», — сказал Беннеке. Но он затрудняется с классификацией: должен ли он называться «супер-Земля» или «суб-Нептун»? Или, может быть, что-то еще?
К счастью, атмосфера GJ 3470 b оказалась в основном прозрачной, с лишь тонкой дымкой, позволяющей ученым глубоко проникнуть в ее атмосферу.
«Мы ожидали, что атмосфера сильно обогащена более тяжелыми элементами, такими как кислород и углерод, которые образуют обильные водяные пары и газообразный метан, подобно тому, что мы видим на Нептуне», — сказал Беннеке. «Вместо этого мы обнаружили атмосферу, которая настолько бедна тяжелыми элементами, что ее состав напоминает богатый водородом — гелием состав Солнца».
Считается, что другие экзопланеты, называемые «горячими Юпитерами», образуются далеко от своих звезд и со временем мигрируют гораздо ближе. Но эта планета, похоже, сформировалась именно там, где она есть сегодня, сказал Беннеке.
По мнению Беннеке, наиболее правдоподобное объяснение состоит в том, что GJ 3470 b родилась близко к своей звезде — красному карлику, который составляет примерно половину массы нашего Солнца. Он выдвигает гипотезу, что, по сути, она зародилась как сухая планета, а потом быстро накапливала водород из первичного газового диска, когда её звезда была еще очень молода. Диск называется «протопланетный диск».
«Мы видим объект, который смог накопить водород из протопланетного диска, но не улетел, чтобы стать горячим Юпитером», — сказал Беннеке. «Это интригующе».
Одно из объяснений состоит в том, что диск рассеялся до того, как планета набрала большую массу. «Планета застряла в суб-Нептуне», — сказал Беннеке.
Космический телескоп Джеймса Уэбба, созданный НАСА, сможет еще глубже исследовать атмосферу GJ 3470 b благодаря беспрецедентной чувствительности в инфракрасном диапазоне. Новые результаты уже вызвали большой интерес американских и канадских команд, разрабатывающих инструменты на Webb. Они будут наблюдать транзиты и затмения GJ 3470 b на длинах волн света, где атмосферные дымки становятся еще более прозрачными.
