Углекислый газ обнаружен в атмосфере обитаемой экзопланеты
Молекулы, содержащие углерод, были обнаружены в атмосфере обитаемой экзопланеты K2-18 b международной командой астрономов с использованием данных космического телескопа НАСА - Джеймс Уэбб. Эти результаты согласуются с экзопланетой, которая может содержать покрытую океаном поверхность под богатой водородом атмосферой. Это открытие дает захватывающий взгляд на планету, не похожую ни на что другое в нашей солнечной системе, и открывает интересные перспективы относительно потенциально обитаемых миров в других частях Вселенной. Новое исследование с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА экзопланеты K2-18 b, которая в 8,6 раз массивнее Земли, выявило наличие молекул, содержащих углерод, включая метан и углекислый газ. Открытие Уэбба дополняет недавние исследования, предполагающие, что K2-18 b может быть экзопланетой Хайса, которая потенциально может обладать богатой водородом атмосферой и поверхностью, покрытой водным океаном.
Первое понимание свойств атмосферы этой экзопланеты, находящейся в обитаемой зоне, было получено в результате наблюдений с помощью космического телескопа НАСА «Хаббл», что побудило к дальнейшим исследованиям, которые с тех пор изменили наше понимание системы. K2-18 b вращается вокруг холодного карлика K2-18 в обитаемой зоне и находится на расстоянии 120 световых лет от Земли в созвездии Льва. Экзопланеты, такие как K2-18 b, размеры которых находятся между Землей и Нептуном, не похожи ни на что в нашей Солнечной системе. Отсутствие эквивалентных близлежащих планет означает, что эти «субнептуны» плохо изучены, а природа их атмосфер является предметом активных дискуссий среди астрономов. Предположение о том, что субнептунская K2-18 b может быть экзопланетой Хайса, интригует, поскольку некоторые астрономы считают, что эти миры являются многообещающей средой для поиска доказательств существования жизни на экзопланетах.
«Наши результаты подчеркивают важность рассмотрения разнообразных обитаемых сред при поиске жизни в других местах», — объяснил Никку Мадхусудхан, астроном из Кембриджского университета и ведущий автор статьи, объявляющей об этих результатах. «Традиционно поиски жизни на экзопланетах сосредотачивались в первую очередь на небольших скалистых планетах, но более крупные хайцевские миры значительно более удобны для атмосферных наблюдений». Обилие метана и углекислого газа, а также нехватка аммиака подтверждают гипотезу о том, что под богатой водородом атмосферой в K2-18 b может существовать водный океан. Эти первоначальные наблюдения Уэбба также позволили обнаружить молекулу под названием диметилсульфид (ДМС). На Земле это производит только жизнь. Основная часть DMS в атмосфере Земли выделяется из фитопланктона в морской среде.
Вывод DMS менее надежен и требует дальнейшей проверки. «Предстоящие наблюдения Уэбба должны быть в состоянии подтвердить, действительно ли DMS присутствует в атмосфере K2-18 b на значительных уровнях», — объяснил Мадхусудхан. Хотя K2-18 b находится в обитаемой зоне и, как теперь известно, содержит углеродсодержащие молекулы, это не обязательно означает, что на планете может поддерживаться жизнь. Большой размер планеты (радиус в 2,6 раза больше радиуса Земли) означает, что внутренняя часть планеты, вероятно, содержит большую мантию из льда высокого давления, как у Нептуна, но с более тонкой, богатой водородом атмосферой и поверхностью океана. Согласно предсказаниям, в гинейских мирах есть океаны воды. Однако также возможно, что океан слишком горячий, чтобы быть пригодным для жизни или быть жидким.
«Хотя такого типа планет не существует в нашей солнечной системе, субнептуны являются наиболее распространенным типом планет, известных на данный момент в галактике», — объяснил член команды Субхаджит Саркар из Кардиффского университета. «На сегодняшний день мы получили наиболее подробный спектр обитаемой зоны субНептуна, и это позволило нам определить молекулы, существующие в его атмосфере». Характеристика атмосфер экзопланет, таких как K2-18 b, то есть идентификация их газов и физических условий, является очень активной областью астрономии. Однако эти планеты буквально затмеваются сиянием своих гораздо более крупных родительских звезд, что делает исследование атмосфер экзопланет особенно сложным.
Команда обошла эту проблему, проанализировав свет родительской звезды K2-18 b, когда он проходил через атмосферу экзопланеты. K2-18 b — транзитная экзопланета, а это означает, что мы можем обнаружить падение яркости, когда она проходит через поверхность своей родительской звезды. Именно так экзопланета была впервые обнаружена в 2015 году миссией НАСА К2. Это означает, что во время транзитов крошечная часть звездного света пройдет через атмосферу экзопланеты, прежде чем достигнет таких телескопов, как Уэбб. Прохождение звездного света через атмосферу экзопланеты оставляет следы, которые астрономы могут собрать воедино, чтобы определить газы в атмосфере экзопланеты. «Этот результат стал возможен только благодаря расширенному диапазону длин волн и беспрецедентной чувствительности Уэбба, который позволил надежно обнаружить спектральные особенности всего за два прохождения», — сказал Мадхусудхан. «Для сравнения, одно транзитное наблюдение с Уэббом обеспечило точность, сопоставимую с восемью наблюдениями с Хабблом, проведенными в течение нескольких лет и в относительно узком диапазоне длин волн».
«Эти результаты являются результатом всего лишь двух наблюдений K2-18 b, и еще многие ожидаются», — объяснил член команды Саввас Константину из Кембриджского университета. «Это означает, что наша работа — всего лишь ранняя демонстрация того, что Уэбб может наблюдать на экзопланетах обитаемой зоны». Результаты команды были приняты к публикации в The Astrophysical Journal Letters. Теперь команда намерена провести последующие исследования с помощью спектрографа MIRI (среднего инфракрасного диапазона) телескопа, который, как они надеются, в дальнейшем подтвердит их выводы и предоставит новое понимание условий окружающей среды на K2-18 b. «Наша конечная цель — выявление жизни на обитаемой экзопланете, что изменит наше понимание нашего места во Вселенной», — заключил Мадхусудхан. «Наши результаты являются многообещающим шагом на пути к более глубокому пониманию миров Хайса в этом поиске».
