Ученые использовали космический телескоп «Джеймс Уэбб» для изучения сверхгорячей экзопланеты WASP — 121b и восстановили детали ее формирования, которое произошло миллиарды лет назад. Результаты исследования опубликованы в Nature Astronomy и The Astronomical Journal.
Сверхчувствительные инструменты телескопа обнаружили в атмосфере планеты водяной пар, оксид углерода, диоксид кремния и метан. Анализ химического состава помог ученым определить соотношение углерода, кислорода и кремния, а также реконструировать процесс формирования планеты в протопланетном диске.
WASP — 121b — газовый гигант, обращающийся вокруг своей звезды на критически близкой орбите, совершая полный оборот за 30,5 часа. Планета находится в приливном захвате: ее дневная сторона, постоянно обращенная к звезде, разогревается до 3000 °C, а на ночной или обратной стороне газ остывает до 1500°С.
Исследователи построили вычислительные модели, чтобы одновременно проанализировать два атмосферных режима. Моделирование показало, что на горячей дневной стороне преобладает тепловое излучение оксидов углерода и кремния, тогда как на холодной ночной стороне — преобладает поглощение света метаном.
Обнаружение метана на ночной стороне заинтересовало ученых. При таких температурах этот газ крайне нестабилен и должен разрушаться. Его присутствие, по мнению ученых, указывает на мощные вертикальные ветры, которые постоянно поднимают метан из нижних слоев атмосферы.
Содержание диоксида кремния позволило заглянуть в прошлое планеты: кремний, вероятно, попал на WASP — 121b в составе твердых тел — планетезималей, содержащих кварц и другие минералы. Их наличие говорит о длительной и сложной эволюции планетарной системы.
Согласно реконструкции ученых, WASP — 121b сформировалась в области протопланетного диска, где ледяные частицы метана уже испарились, обогатив окружающий газ углеродом, но водные частицы еще оставались замороженными, блокируя поступление кислорода. Планета продолжала захватывать богатый углеродом газ даже после того, как поток богатых кислородом частиц прекратился, что и определило окончательный химический состав ее атмосферы.
«Изучение химии сверхгорячих планет помогает нам понять, как работают атмосферы газовых гигантов в условиях экстремальных температур», — отмечает Джоанна Барстоу, соавтор исследования. По ее словам, телескоп «Уэбб» открывает новые возможности для анализа химического состава экзопланет и позволяет глубже понять эволюцию планетных систем.
