Вчені розкрили таємницю формування гігантської планети WASP-121b

Міжнародна команда вчених зробила проривне відкриття, дослідивши атмосферу надгарячої гігантської планети WASP-121b за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба. Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature Astronomy, розкривають нові деталі про те, як формувалася ця екзотична планета.

Дослідники успішно виявили воду, чадний газ та монооксид кремнію на денній стороні планети, яка постійно повернута до своєї зірки. На нічній стороні WASP-121b вони знайшли метан. Особливо важливим стало перше в історії достовірне виявлення монооксиду кремнію в атмосфері будь-якої планети як у нашій Сонячній системі, так і поза нею.

WASP-121b обертається навколо своєї зірки на відстані лише удвічі більшій за діаметр самої зірки. Така близькість призводить до екстремальних температурних умов — денна сторона планети нагрівається до понад 3000 градусів Цельсія, тоді як нічна сторона охолоджується до 1500 градусів.

Доктор Анджалі П'єтт з Бірмінгемського університету, співавтор дослідження, прокоментувала значущість відкриття: «Виявлення монооксиду кремнію в атмосфері WASP-121b є проривним — це перше достовірне ідентифікування цієї молекули в атмосфері будь-якої планети. Склад атмосфери нічної сторони WASP-121b також свідчить про вертикальне перемішування — транспортування газу з глибших атмосферних шарів до інфрачервоної фотосфери. Враховуючи, наскільки гаряча ця планета, ми не очікували побачити метан на її нічній стороні».

Виміряні співвідношення вуглецю до водню, кисню до водню, кремнію до водню та вуглецю до кисню в атмосфері дають змогу зробити висновки про процес формування планети. Згідно з отриманими даними, під час утворення WASP-121b її атмосфера збагачувалася завдяки космічним камінцям, які дрейфували всередину планетної системи, а також бомбардуванню тугоплавким матеріалом.

Доктор Томас Еванс-Сома з Університету Ньюкасла в Австралії, головний автор дослідження, пояснив механізм цього процесу: «Температури денної сторони достатньо високі для того, щоб тугоплавкі матеріали — зазвичай тверді сполуки, стійкі до сильного нагрівання — існували як газоподібні компоненти атмосфери планети».

Вчені вважають, що WASP-121b сформувалася шляхом поглинання легких газів, таких як метан, які випаровувалися з крихітних космічних камінців, одночасно зазнаючи бомбардування великими кам'янистими об'єктами. Цей процес призвів до унікального складу атмосфери, який спостерігають сьогодні.

Для аналізу атмосфери WASP-121b науковці використали техніку, яка називається спостереженням фазової кривої. Цей метод передбачає спостереження за планетою під час її обертання навколо зірки для відстеження змін яскравості. Такі спостереження дають можливість вивчити як денну, так і нічну півкулі планети та їхній хімічний склад.

Успішне використання телескопа Джеймса Вебба для виявлення цих елементів та характеристики атмосфери WASP-121b демонструє можливості цього інструменту та створює прецедент для майбутніх досліджень екзопланет. Доктор П'єтт підкреслила важливість цього досягнення для подальших космічних досліджень.

Відкриття монооксиду кремнію в атмосфері екзопланети відкриває нові можливості для розуміння процесів формування планет у різних зоряних системах. Присутність цієї молекули свідчить про складні хімічні процеси, які відбуваються в екстремальних умовах надгарячих планет.

Результати дослідження також підтверджують теорії про роль космічних камінців у формуванні планетних атмосфер. Ці крихітні об'єкти, дрейфуючи всередину планетної системи, можуть значно впливати на хімічний склад атмосфер планет-гігантів.

Дослідження WASP-121b стало можливим завдяки унікальним можливостям телескопа Джеймса Вебба, який здатний проводити детальний спектральний аналіз атмосфер далеких екзопланет. Цей інструмент дозволяє вченим виявляти та ідентифікувати окремі молекули в атмосферах планет, розташованих на відстані сотень світлових років від Землі.

Виявлення метану на нічній стороні планети стало несподіванкою для дослідників, оскільки за таких високих температур ця молекула зазвичай розкладається. Присутність метану свідчить про активні процеси вертикального перемішування в атмосфері, які транспортують газ з глибших, холодніших шарів до поверхні.

Це дослідження не лише розширює наше розуміння конкретної екзопланети, але й надає цінну інформацію про загальні процеси формування та еволюції планетних систем у Всесвіті. Отримані дані допоможуть вченим краще зрозуміти, як різноманітні фактори впливають на формування планетних атмосфер та їхній подальший розвиток.