Международная группа исследователей, включающая астрономов из Женевского университета (UNIGE) и Национального центра компетенций в области исследований PlanetS, обнаружила обширные облака гелия, покидающие экзопланету WASP-107b. Эти уникальные наблюдения были получены с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и детально проанализированы с использованием сложных моделей, разработанных в UNIGE. Результаты, опубликованные в престижном журнале Nature Astronomy, представляют собой значительный прорыв в изучении атмосферной утечки – фундаментального процесса, который играет ключевую роль в эволюции планет и формировании их наблюдаемых характеристик.
Планетарные атмосферы не являются статичными: они постоянно взаимодействуют с космическим пространством. Даже Земля, несмотря на свою массивность, непрерывно теряет небольшое количество вещества в космос, ежесекундно выбрасывая более 3 кг легких газов, преимущественно водорода. Этот постоянный процесс, получивший название «атмосферная утечка», особенно интенсивен для планет, которые вращаются крайне близко к своим светилам. Интенсивное звездное излучение и высокая температура вызывают мощные потоки газа, делая это явление важнейшим фактором, определяющим долгосрочную трансформацию и внешний вид таких миров.
Используя непревзойденные возможности телескопа Джеймса Уэбба, ученые из UNIGE и университетов Макгилла, Чикаго и Монреаля зафиксировали обширные потоки гелия, исходящие от WASP-107b. Эта экзопланета расположена на расстоянии более 210 световых лет от нашей Солнечной системы. Это первое в истории обнаружение гелия на экзопланете с помощью JWST, что позволило ученым исследовать состав и поведение испаряющихся газов с беспрецедентной детализацией. До этого момента возможности для столь глубокого анализа были ограничены.
Экзопланета WASP-107b, открытая в 2017 году, вращается вокруг своей звезды на гораздо более близком расстоянии, чем Меркурий вокруг Солнца. Несмотря на то что по размеру она сопоставима с газовым гигантом Юпитером, ее масса составляет лишь около одной десятой массы Юпитера. Эта чрезвычайно низкая плотность относит ее к уникальной категории планет-«суперпуфов», которые отличаются большими размерами и необычайно легким составом. Обнаруженный утекающий гелий исходит из обширной и разреженной верхней атмосферы планеты, известной как «экзосфера». Это газовое облако настолько распространено, что начинает затемнять свет звезды еще до того, как сама планета фактически проходит перед ней во время транзита.
Янн Картере, докторант факультета астрономии Женевского университета и соавтор исследования, подчеркивает: «Наши модели атмосферной утечки подтверждают наличие потоков гелия, движущихся как перед планетой, так и за ней. Эти потоки простираются в направлении ее орбитального движения почти на десять радиусов планеты». Эти детальные модели не только подтверждают само существование газовых потоков, но и позволяют лучше понять их динамику и масштаб, предоставляя ценные данные для дальнейших исследований.
Помимо обнаружения гелия, исследователи идентифицировали воду и несколько других химических соединений, включая угарный газ, углекислый газ и аммиак, в атмосфере WASP-107b. Примечательно, что метан, который JWST способен обнаруживать с высокой точностью, не был зафиксирован. Эти комплексные результаты помогают ученым реконструировать раннюю историю планеты. Имеющиеся данные указывают на то, что WASP-107b, скорее всего, сформировалась на значительном удалении от своего нынешнего местоположения, а затем мигрировала внутрь системы. Такое смещение могло бы объяснить как ее необычайно раздутую атмосферу, так и наблюдаемую сегодня интенсивную потерю газа.
Эти новаторские открытия служат ключевым ориентиром для понимания того, как далекие миры формируются, развиваются и изменяются с течением времени. Винсент Бурье, старший преподаватель и научный сотрудник факультета астрономии UNIGE и соавтор исследования, отмечает: «Наблюдение и моделирование атмосферной утечки – это одно из важнейших направлений исследований на факультете астрономии UNIGE, поскольку считается, что этот процесс ответственен за формирование некоторых ключевых характеристик, наблюдаемых в популяции экзопланет». Он заключает, что, хотя «на Земле атмосферная утечка слишком слаба, чтобы кардинально повлиять на нашу планету, она могла бы быть ответственна за отсутствие воды на нашей близкой соседке, Венере. Поэтому крайне важно полностью понять механизмы, лежащие в основе этого явления, которое может разрушать атмосферы некоторых каменистых экзопланет, лишая их потенциальной обитаемости».
