Учёные впервые изучили атмосферу субнептуна TOI-421 b с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружив неожиданные детали о составе и эволюции этого распространённого, но малоизученного класса экзопланет. Планета, открытая в 2020 году, находится на расстоянии 244 световых лет от Земли и обращается вокруг солнцеподобной звезды, что отличает её от большинства субнептунов, обычно вращающихся вокруг красных карликов.

До этого исследования анализ атмосфер субнептунов сталкивался с непреодолимыми трудностями: плотные слои тумана или облаков скрывали спектральные линии, делая данные телескопов вроде Kepler «плоскими». TOI-421 b стала исключением благодаря температуре в 727°C (1340°F), превышающей порог в 577°C (1070°F), при котором метан под воздействием света не формирует фотохимический смог. Это позволило JWST получить первый чёткий спектр атмосферы субнептуна.

Анализ данных выявил наличие водяного пара, следы окиси углерода и диоксида серы, но отсутствие метана и углекислого газа. Самой неожиданной находкой стал доминирующий водород, указывающий на лёгкую атмосферу. Ранее предполагалось, что субнептуны обладают плотными оболочками из тяжёлых молекул, поэтому открытие ставит под вопрос текущие модели формирования таких планет.

Интерес учёных также вызвало сходство состава атмосферы TOI-421 b с химическим профилем её звезды. Это может свидетельствовать о том, что планета либо сохранила первичную атмосферу из протопланетного диска, либо потеряла значительную часть тяжёлых элементов под воздействием высоких температур. Кроме того, орбитальный период TOI-421 b составляет всего 5,7 дня, что типично для «горячих» субнептунов, но необычно для планет у солнцеподобных звёзд.

Открытие ставит новые вопросы: является ли TOI-421 b частью отдельного подкласса субнептунов, формирующихся вблизи звёзд солнечного типа, или её особенности объясняются уникальными условиями системы. Для ответа астрономы планируют изучить аналогичные экзопланеты, используя спектрограф NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб».

Результаты демонстрируют, что высокая чувствительность телескопа позволяет преодолеть ограничения предыдущих миссий. Это открывает путь к систематическому изучению атмосфер субнептунов, которые составляют до 40% известных экзопланет. Понимание их эволюции важно для реконструкции процессов формирования планетных систем, включая нашу собственную.