Космический телескоп «Джеймс Уэбб» совершил прорыв, впервые получив прямые изображения углекислого газа в атмосферах гигантских экзопланет системы HR 8799, расположенной в 130 световых годах от Земли.

Эта молодая система, возраст которой составляет около 30 миллионов лет (против 4,6 миллиардов лет у Солнечной системы), долгое время оставалась ключевым объектом для изучения формирования планет. Наблюдения не только подтвердили наличие CO2, но и предоставили доказательства, что четыре газовых гиганта HR 8799 образовались по тому же сценарию, что Юпитер и Сатурн — путём медленной аккреции твёрдых ядер, притягивающих газ.

«Обнаружение чётких спектральных линий углекислого газа показало, что в атмосферах этих планет присутствует значительная доля тяжёлых элементов — углерода, кислорода и железа. Учитывая характеристики их звезды, это указывает на формирование через аккрецию ядра. Для напрямую наблюдаемых планет такой вывод крайне важен», — заявил Уильям Балмер, астрофизик из Университета Джонса Хопкинса, руководивший исследованием.

Система HR 8799. Символ звезды отмечает местоположение звезды-хозяина HR 8799, свет которой был заблокирован коронографом. Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)

Планеты HR 8799, всё ещё излучающие инфракрасный свет из-за остаточного тепла после формирования, позволили учёным сравнить их эволюцию с процессами рождения звёзд или коричневых карликов. Гигантские планеты могут образовываться двумя путями: медленное наращивание ядра с последующим притяжением газа (как в Солнечной системе) или быстрый гравитационный коллапс протопланетного диска. Новые данные склоняют чашу весов в пользу первого сценария, что даёт ключи к пониманию разнообразия экзопланетных систем.

«Мы хотим понять, насколько уникальна или типична наша Солнечная система в космическом контексте. Сравнивая её с другими, мы приближаемся к ответам на вопросы о происхождении жизни и нашей планеты», — добавил Балмер.

Прямое изображение экзопланет — сложная задача, так как их яркость в тысячи раз слабее, чем у родительских звёзд. Благодаря коронографам «Джеймса Уэбба», блокирующим звёздный свет (аналогично солнечному затмению), команда смогла анализировать инфракрасное излучение планет в диапазоне 3–5 микрометров, что позволило выявлить химический состав их атмосфер. В частности, в HR 8799 e впервые зафиксировали излучение на длине волны 4,6 микрометра, а в 51 Эридана b — 4,1 микрометра. Это подтвердило чувствительность телескопа даже к слабым объектам вблизи ярких звёзд.

«Мы десятилетиями ждали, когда технологии позволят изучать внутренние планеты в таких системах. Теперь мы наконец можем проводить детальные исследования», — отметил Реми Суммер, руководитель оптической лаборатории Института исследований космоса с помощью телескопов.

В 2022 году «Джеймс Уэбб» уже косвенно обнаружил CO2 в атмосфере экзопланеты WASP-39 b, анализируя изменения звёздного света при её транзите. Однако прямое наблюдение открывает новые возможности. «Теперь мы можем не только измерять состав атмосфер, но и отличать экзопланеты от коричневых карликов, формирующихся как звёзды», — пояснил Лоран Пюйо, соавтор исследования.

Учёные планируют использовать коронографы телескопа для анализа других планет, сравнивая их состав с теоретическими моделями. «Такие объекты способны влиять на формирование и обитаемость планет, подобных Земле. Понимание их происхождения — ключ к разгадке судьбы потенциально жизнепригодных планет», — заключил Балмер.

Подробнее на iXBT