В 368 световых годах от Земли, на границе так называемой пустыни горячих нептунов — близкой к звезде области, в которой небесные тела размером с Нептун практически не встречаются, — расположилась экзопланета WASP-166b. Несмотря на экстремальные условия, этот уникальный мир смог сохранить объемную атмосферу, в которой обнаружили следы воды и углекислого газа. Открытие существенно расширяет представления об эволюции экзопланет в космических «пустынях».
Экзопланета WASP-166b, открытая в 2019 году / © science.nasa.gov
WASP-166b обращается вокруг звезды типа F9V, которая крупнее и массивнее Солнца примерно на 20 процентов. Масса экзопланеты в 32 раза превышает земную, а размер — в семь раз. Полный оборот вокруг звезды супернептун совершает всего за 5,44 дня, а температура на его поверхности может достигать 1000 °C (эквивалентно температуре около 1270 K).
Чтобы понять, как WASP-166b смог выжить и сохранить свою атмосферу в пустыне горячих нептунов (области, в которой планеты не могут дорасти до типичного размера горячего юпитера), международная команда астрономов под руководством Эндрю Майо (Andrew W. Mayo) из Калифорнийского университета (США) изучала экзопланету и ее родительскую звезду с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Результаты научной работы представлены на сервере препринтов Корнеллского университета.
Исследователи наблюдали за транзитом планеты по диску звезды с помощью установленных на борту «Джеймса Уэбба» спектрографов NIRSpec и NIRISS SOSS (последний позволяет формировать изображения в ближнем инфракрасном диапазоне). Напомним, когда планета проходит перед звездой, часть излучаемого света «фильтруется» атмосферой, а спектральные линии поглощения позволяют понять химический состав и построить точную модель атмосферы.
Объединив данные, авторы нового исследования зафиксировали в атмосфере супернептуна следы воды (H₂O), углекислого газа (CO₂), слабое присутствие аммиака (NH₃), а также обилие тяжелых элементов. Металличность (астрономы называют металлами все элементы тяжелее гелия) атмосферы супернептуна по сравнению с родительской звездой оказалась выше, а соотношение углерода к кислороду (C/O) немного ниже (чем в атмосфере звезды).
Это, по мнению астрономов, указывает на возможное формирование WASP-166b за «снеговой линией» — областью, где замерзают и конденсируются простые летучие соединения, — и ее постепенную миграцию внутрь пустыни горячих нептунов.
Также ученые выявили наличие облаков на средних высотах, которые в сочетании с интенсивным ультрафиолетовым излучением родительской звезды и малым периодом обращения (5,44 суток) свидетельствуют о фотоиспарении (когда излучение со стороны звезды «сдувает» атмосферу планеты), по крайней мере на данном этапе эволюции.
Хотя WASP-166b — один из нескольких десятков супернептунов, которые астрономы изучают с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», результаты нового исследования проливают свет на формирование и эволюцию подобных миров, а также дарят ученым представление о ключевых механизмах, приводящих к образованию пустынь горячих нептунов.
