Международная группа исследователей, включая астрономов Аризонского университета, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружила атмосферу горячей и уникально раздутой экзопланеты. Экзопланета, которая имеет размер Юпитера, но составляет всего одну десятую его массы, имеет восточно-западную асимметрию в своей атмосфере.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy. «Это первый раз, когда восточно-западная асимметрия экзопланеты когда-либо наблюдалась во время её прохождения мимо своей звезды», — сказал ведущий автор исследования Мэтью Мёрфи, аспирант обсерватории Стюарда при Университете Альберты. Транзит — это когда планета проходит перед своей звездой, как это делает Луна во время солнечного затмения.

Асимметрия экзопланеты с востока на запад относится к различиям в атмосферных характеристиках, таких как температура или свойства облаков, наблюдаемым между восточным и западным полушариями планеты. Определение того, существует ли эта асимметрия или нет, имеет важное значение для понимания климата, динамики атмосферы и погодных условий экзопланет.

Экзопланета WASP-107b приливно захвачена своей звездой. Это означает, что экзопланета всегда повёрнута одной и той же стороной к звезде, вокруг которой она вращается. Одно полушарие приливно захваченной экзопланеты постоянно обращено к звезде, вокруг которой она вращается, в то время как другое полушарие всегда отвёрнуто, что приводит к постоянной дневной и постоянной ночной сторонам экзопланеты.

Мёрфи и его команда использовали метод трансмиссионной спектроскопии JWST. Это основной инструмент, который астрономы используют для получения информации о том, что составляет атмосферу других планет. Телескоп сделал серию снимков, когда планета проходила перед своей звездой, собирая информацию об атмосфере планеты.

Используя новые технологии и беспрецедентную точность космического телескопа JWST, исследователи смогли разделить сигналы с восточной и западной сторон атмосферы и получить более целенаправленное представление о конкретных процессах, происходящих в атмосфере экзопланеты.

«Эти данные многое нам рассказывают о газах в атмосфере экзопланеты, облаках, структуре атмосферы, химическом составе и о том, как все меняется под воздействием разного количества солнечного света», — сказал Мёрфи.

Экзопланета WASP-107b уникальна тем, что имеет очень низкую плотность и относительно низкую гравитацию, в результате чего ее атмосфера более раздута, чем у других экзопланет такой массы. «В нашей Солнечной системе нет ничего подобного. Это уникально даже среди экзопланет», — сказал Мёрфи.

Температура WASP-107b составляет примерно 890 градусов по Фаренгейту — это промежуточная температура между планетами нашей Солнечной системы и самыми горячими из известных экзопланет.

«Традиционно наши методы наблюдения не работают так хорошо для этих промежуточных планет, поэтому есть много интересных открытых вопросов, на которые мы наконец можем начать отвечать. Например, некоторые из наших моделей показывали, что у планеты вроде WASP-107b вообще не должно быть этой асимметрии — так что мы уже узнаём что-то новое», — сказал Мёрфи.

По словам Томаса Битти, соавтора исследования и доцента кафедры астрономии в Университете Висконсин-Мэдисон, исследователи изучают экзопланеты уже почти два десятилетия, и многочисленные наблюдения как с Земли, так и из космоса помогли астрономам предположить, как будет выглядеть атмосфера экзопланет.

«Но это действительно первый случай, когда мы увидели подобные типы асимметрии непосредственно в форме трансмиссионной спектроскопии из космоса, которая является основным способом понять, из чего состоят атмосферы экзопланет, — это на самом деле удивительно», — сказал Битти.

Мёрфи и его команда работают над собранными данными наблюдений и планируют более подробно изучить происходящее с экзопланетой, в том числе провести дополнительные наблюдения, чтобы понять, чем вызвала эта асимметрия.

«Почти все экзопланеты мы даже не можем наблюдать напрямую, не говоря уже о том, чтобы знать, что происходит на одной стороне по сравнению с другой. Впервые мы можем получить гораздо более локализованное представление о том, что происходит в атмосфере экзопланеты», — сказал Мёрфи.