Новые данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) позволили учёным детально изучить атмосферу экзопланеты TOI-270 d, расположенной в 73 световых годах от Земли. Это небесное тело, по размеру занимающее промежуточное положение между Землёй и Нептуном, может стать ключом к пониманию целого класса планет, известных как субнептуны — наиболее распространённого типа планет в галактике (40%–50%, согласно NASA Exoplanet Archive), представители которого отсутствуют в нашей Солнечной системе. Понимание природы этих «экзотических» объектов является одной из актуальнейших задач.

В исследовании учёные применили геохимическое моделирование для интерпретации спектральных данных атмосферы, полученных JWST. Этот метод позволяет анализировать химический состав газовой оболочки и, основываясь на взаимодействии и равновесии различных соединений при определённых условиях, делать выводы о процессах, происходящих как в самой атмосфере, так и на поверхности планеты, реконструируя её химическую историю.

Модель демонстрирует, как аммиак (NH3) распадается на стабильный азот (N2) под воздействием экстремальных температур, а остатки растворяются в силикатном расплаве. Раскалённые газы, проходя через слои атмосферы, достигают фотосферы — зоны, где JWST обнаруживает их спектральные сигнатуры (CO2, CH4, H2O). Источник: Southwest Research Institute

Анализ показал наличие в атмосфере TOI-270 d углекислого газа, метана и воды при экстремально высоких температурах, превышающих 540 градусов Цельсия — это горячее, чем на поверхности Венеры. Модель предполагает, что TOI-270 d является массивной каменистой планетой (суперземлёй), окутанной плотной, раскалённой атмосферой. Такой сценарий объясняет наблюдения лучше, чем ранее популярная гипотеза «гикеана» (Hycean) — планеты с глобальным океаном под богатой водородом атмосферой, которая рассматривалась для некоторых субнептунов, например, K2-18 b.

Особое внимание уделено объяснению наблюдаемого дефицита аммиака, который, согласно предыдущим моделям, должен был бы присутствовать в значительных количествах в горячих, насыщенных водородом атмосферах. Новая комплексная модель объясняет его отсутствие сочетанием двух ключевых процессов: во-первых, высокотемпературным образованием стабильного газообразного азота (N2) из аммиака, и во-вторых, растворением оставшегося аммиака в силикатном расплаве — фактически, в глобальном океане магмы, покрывающем поверхность планеты при таких температурах.

Кроме того, результаты моделирования указывают на то, что сама планета, вероятно, изначально сформировалась с низким содержанием азота. Это предположение коррелирует с составом хондритовых метеоритов — первичного строительного материала планет земной группы в Солнечной системе, которые также характеризуются относительной бедностью азотом. Успешное применение геохимических моделей, разработанных для объектов Солнечной системы, к анализу атмосфер экзопланет демонстрирует достижение нового уровня детализации в этой области.

Хотя полученные данные делают TOI-270 d крайне маловероятным кандидатом на обитаемость в привычном нам смысле, её изучение предоставляет уникальную информацию об альтернативных путях формирования и эволюции планетных систем. Это исследование подчёркивает огромное разнообразие планетарных конфигураций во Вселенной и подтверждает возможности JWST в характеризации атмосфер далёких экзопланет, приближая к пониманию фундаментальных процессов планетообразования.

Подробнее на iXBT