«Джеймс Уэбб» вновь нашел в атмосфере потенциального гикеана диметилсульфид

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» вновь обнаружил признаки наличия диметилсульфида или диметилдисульфида в атмосфере потенциального гикеана K2-18b. Эти молекулы считаются биомаркерами и могут обильно встречаться на K2-18b, однако, прежде чем говорить о возможной обитаемости экзопланеты, необходимо установить пути генерации этих молекул, а также доказать, что экзопланета действительно является гикеаном. Статья опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.

Гикеаны — одна из разновидностей субнептунов, эти экзопланеты представляют собой тела радиусом 1-2,6 радиуса Земли и обладают глобальной оболочкой из жидкой воды и атмосферой на основе водорода. К настоящему времени известно более дюжины кандидатов в такие объекты, они удобны для проведения спектрометрических исследований их атмосферы и поиска биосигнатур для оценки возможной обитаемости.

Особый интерес представляет потенциальный гикеан K2-18b, который обладает массой 8,63 массы Земли, радиусом 2,61 радиуса Земли и находится в обитаемой зоне красного карлика в 124 световых годах от Солнца. Это тело может быть гикеаном, мини-нептуном или скалистой планетой с толстой водородной атмосферой. В 2023 году в спектрах атмосферы K2-18b, полученных в ближнем инфракрасном диапазоне «Джеймсом Уэббом», были обнаружены следы диметилсульфида, который на Земле является продуктом жизнедеятельности бактерий и фитопланктона. Кроме того, регистрация обилия метана и углекислого газа и видимое отсутствие аммиака и угарного газа говорило в пользу применимости модели гикеана. Однако данные наблюдений можно объяснить и моделью безжизненного субнептуна, а обнаружение диметилсульфида нуждалось в подтверждении в других диапазонах длин волн и при помощи других приборов.

Группа астрономов во главе с Никку Мадхусудханом (Nikku Madhusudhan) из Кембриджского университета опубликовала результаты анализа трансмиссионного спектра атмосферы K2-18b, полученного в среднем инфракрасном диапазоне прибором MIRI «Джеймса Уэбба» в середине апреля 2024 года, наблюдения велись почти шесть часов.

Данные наблюдений сравнивали с модельными спектрами с использованием комбинаций из двадцати молекул. Исследователи пришли к выводу, что спектр может объяснить модель, включающая в себя молекулы диметилсульфида и диметилдисульфида. Статистическая значимость обнаружения одной из этих молекул в атмосфере K2-18b составляет от 2,9 до 3,2 сигма, что означает нижний предел надежности научного результата. Чтобы увеличить значимость до 4-5 сигма, необходимы дополнительные наблюдения MIRI в течение 8-24 часов.

Расчетное содержание диметилсульфида или диметилдисульфида оказывается достаточно большим — более десяти частей на миллион. Для сравнения, содержание этих молекул в земной атмосфере обычно не больше одной части на миллиард из-за их очень короткого (от нескольких часов до одних суток) времени жизни. Это вписывается в модель с биосферой, которая обильно производит эти молекулы, при этом образованные соединения не попадают обратно в океан, а накапливаются в атмосфере. В пользу этого может также говорить непригодность идей заноса молекул в океан при помощи кометной бомбардировки и образования диметилсульфида за счет фотохимических реакций в газовой смеси метана и сероводорода под действием молний или ультрафиолетового излучения звезды.

Однако потенциальная обитаемость K2-18b остается под большим вопросом. Оценки содержания найденных биомаркеров сильно зависят от принятых сечений поглощения, данные по которым ограничены текущими лабораторными измерениями. Кроме того, интерпретация K2-18b как гикеана тоже пока вызывает сомнения. Ранее другая группа исследователей определила, что альбедо Бонда экзопланет, от которого зависят границы обитаемой зоны, можно ограничить путем измерений оптической глубины области атмосферы над облаками.

Если применить эту модель к K2-18b, которая находится на внутреннем краю обитаемой зоны, то экзопланета оказывается слишком жарким местом для существования жидкого океана. Вместо этого она может быть мини-нептуном, скалистой планетой с толстой атмосферой или даже миром, покрытым магматическим океаном. Если все же считать K2-18b экзопланетой с океаном, то необходим очень хорошо отражающий ближнее инфракрасное излучение слой облаков, покрывающий почти всю планету, который при этом не будет давать взрывной парниковый эффект, что маловероятно. Этот вывод также говорит о том, что возможность конденсации воды на экзопланете не является достаточным доказательством для того, чтобы она была условно пригодной для существования жизненных форм.

K2-18b — не единственный потенциальный гикеан в обитаемой зоне с признаками атмосферы, существуют и более экзотичные кандидаты.