Астрономы в беспрецедентных подробностях раскрыли химический состав атмосферы экзопланеты WASP-39b, находящейся на расстоянии 700 световых лет, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Им впервые удалось выявить в газовой оболочке планеты диоксид серы, который возникает в результате спровоцированных излучением звезды химических реакций. Результаты исследования опубликованы в препринтах статей в репозитории arXiv.
WASP-39b, также называемая Бокапринс (в честь пляжа Бока Принс) является газовым гигантом с массой, меньшей массы Сатурна, но по размеру превосходящим Юпитер. Планета вращается вокруг родительской звезды WASP-39 по очень близкой орбите, период которой составляет четыре дня, что позволяет отнести ее к классу горячих сатурнов с температурой газа около 900 градусов Цельсия. В 2018 году астрономы впервые выявили в атмосфере WASP-39 b особенности, указывающие на присутствие молекул горячего водяного пара, а недавние наблюдения JWST подтвердили наличие углекислого газа.
Изображение: NASA / ESA / CSA / J. Olmsted (STScI)
Ученые провели новые наблюдения атмосферы Бокапринс с помощью нескольких научных инструментов на борту JWST, включая спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS), а также камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam). Всего были получены четыре спектра излучения, пропускаемого атмосферой WASP-39 b во время прохождения экзопланеты на фоне диска родительской звезды. Данные охватили диапазон длин волн от 0,5 до 5,5 микрометров.
NIRISS выявил присутствие воды, калия и окиси углерода (угарного газа); NIRCam — водяной пар, а NIRSpec, работающий в двух режимах, — воду, углекислый газ и угарный газ. Однако наиболее примечательной особенностью спектров оказалось поглощение света с длиной волны между 4 и 4,2 микрометра, что нельзя было объяснить физическими свойствами атмосферы и указывало на наличие диоксида серы (SO2). Модели предсказывают, что эта молекула образуется в результате фотохимических реакций подобно тому, как под воздействием света на Земле образуется озон. До сих пор в атмосферах экзопланет ученые не наблюдали соединения, образующиеся благодаря свету.
Исследователи также обнаружили в атмосфере планеты высокую металличность — содержание элементов тяжелее гелия, — которая превышает солнечные показатели, и субзвездное отношение углерода к кислороду (C/O). Предполагаемая высокая металличность и низкое отношение C/O могут указывать на значительную аккрецию твердых материалов во время формирования планет или на протекание неравновесных процессов в верхних слоях атмосферы, способствующих образованию облаков.