«Джеймс Уэбб» впервые надежно нашел атмосферу у скалистой экзопланеты

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил вторичную атмосферу у горячей суперземли 55 Рака е, которая возникла из-за дегазации океана магмы. На сегодняшний день это наиболее надежное доказательство наличия атмосферы у скалистой экзопланеты. Статья опубликована в журнале Nature.

Поиски атмосферы у известных скалистых экзопланет важны не только для понимания их происхождения и эволюции, но и для оценки потенциальной обитаемости. Получить информацию о наличии атмосферы у экзопланеты и ее свойствах можно в ходе наблюдений за событиями транзита экзопланеты по диску своей звезды или вторичными затмениями, когда экзопланета проходит позади звезды. Однако из-за того, что скалистые экзопланеты небольшие по размерам, до сих пор не было случаев надежного обнаружения атмосферы у таких тел. В основном ученые либо не находят газовую оболочку, либо получают верхние ограничения на свойства атмосферы или результаты, которые можно по-разному интерпретировать.

Группа астрономов во главе с Ренью Ху (Renyu Hu) из Лаборатории реактивного движения NASA сообщила о самом надежном на сегодня случае регистрации атмосферы у скалистой экзопланеты, которой стала 55 Рака е. Ученые анализировали данные наблюдений за экзопланетой во время двух вторичных затмений в 2022 и 2023 годах при помощи инструментов NIRCam и MIRI «Джеймса Уэбба».

55 Рака е представляет собой горячую (равновесная температура около двух тысяч кельвинов) суперземлю радиусом 1,95 радиуса Земли, массой 8,8 массы Земли и орбитальным периодом 0,7 дня. Это самая близкая из пяти экзопланет к родительской звезде К-типа, находящейся в 41 световом годе от Солнца. Ранее за экзопланетой велись неоднократные наблюдения, которые не нашли первичной атмосферы из водорода и гелия, однако подтвердить или опровергнуть наличие вторичной атмосферы, возникшей уже после формирования экзопланеты, не удавалось.

Измеренная яркостная температура экзопланеты составила 1796 кельвин, что ниже, чем значение в модели с нулевыми альбедо и отсутствием перераспределения тепла, что характерно для лишенных газовых оболочек скалистых тел. Лава эффективно обеспечить подобный транспорт тепла не может, что говорит в пользу наличия газовой оболочки. Наиболее подходящие под данные наблюдений модели атмосферы богаты CO₂ или СО, с давлением на уровне 0,01–100 бар, не исключается наличие H₂O, SO₂ или PH₃.

Газовая оболочка пополняется за счет испарения океана магмы и устойчива к интенсивному излучению звезды, ее наличие также объясняет изменчивость теплового излучения от экзопланеты по данным телескопа «Спитцер». В атмосфере могут возникать короткоживущие облака и содержаться вещества-поглотители коротковолнового излучения, такие как Na, K, Mg, MgO или SiO, приводящие к нагреву верхних слоев.

Спорные результаты при исследовании атмосфер экзопланет могут привести и к исключению ее из списка потенциально обитаемых — например, недавно это произошло с гикеаном K2-18b.