За допомогою однієї з камер на космічному телескопі «Габбл» астрономи зафіксували в атмосфері супернептуна TOI-674 b водяну пару. Менш ніж за дві доби екзопланета обертається навколо свого червоного карлика на відстані 150 світлових років від нас. Про відкриття планети з так званої «пустелі нептунів» вчені повідомили у статті, препринт якої доступний на сервісі arXiv.
NASA / JPL-Caltech
Що за «пустеля нептунів»?
За останні три десятиріччя планетологи отримали можливість досліджувати понад як чотири тисячі планет поза Сонячною системою. За різними параметрами як-то розмір, склад, маса чи наближеність до батьківської зорі, екзопланети поділяють на гарячі юпітери, субнептуни, надземлі тощо. А приблизно 1 з 200 подібних до Сонця зірок має планету, яка обертається навколо неї менш ніж за добу.
Втім, всі подібні ультракороткоперіодичні планети є або гарячими юпітерами з розмірами понад десять радіусів Землі, або скелястими тілами, менші за два земних радіуси. І попри те, який вони зробили внесок у наше розуміння планетоутворення, вони ж принесли і кілька «прогалин» — так звані «пустелі нептунів» (Neptune Desert). Так називають феномен нестачі планет середніх розмірів, які обертаються близько до своїх зірок, а саме таких, що обертаються навколо своїх зірок менш ніж за три дні, а за масою подібні до наших Нептуна і Юпітера.
Втім, і у «пустелях» трапляються «кочівники» або «nomads» — планети, яких все ж вдалося відшукати у зазначеному діапазоні параметрів розмірів та орбіт. Одна з таких — TOI-674 b.
Графік розподілу планет за масами залежно від періоду обертання, для яких відомі ці параметри. Чорною пунктирною лінією визначені межі «пустелі нептунів», де чорні трикутники визначають планети навколо червоних карликів, а червоною зіркою — власне TOI-674 b. Jonathan Brande et al.
Як TOI-674 b могла потрапити у «пустелю»?
Супернептун TOI-674 b радіусом у 5,25 земного і масою у 23,6 Землі ще у 2018 році вдалося побачити за допомогою телескопа TESS. Він помітив екзопланету за її транзитом по диску батьківської зорі — червоного карлика на відстані 150 світлових років від нас, радіус і маса якого складають всього 0,4 сонячних. Щоб пройти навколо нього, TOI-674 b потрібно всього 1,9 доби.
З такими параметрами планету одразу помістили у «пустелю нептунів» в один ряд з іншими подібними «кочівниками», наприклад, супернептуном HAT-P-11b, ультрагарячим нептуном TOI-193, субнептуном NGTS-4b і субюпітером K2-60b. На думку вчених, у «пустельний діапазон» вони потрапили завдяки міграції, однак не варто обділяти їх спектроскопічними дослідженнями — планети відносно великого розміру поруч із невеликими холодними зірками на кшталт червоних карликів є ідеальними кандидатами для таких спостережень. Більше співвідношення радіусів планети і зірки та нижча світність сприяють швидкому виявленню транзиту і подальшим фотометричним спостереженням, а нижча температура наближує придатну для життя зону, що спростить пошук біомаркерів.
Власне тому TOI-674 b і стала об'єктом дослідження — його атмосферу набагато простіше досліджувати, а отже можна спробувати з'ясувати подробиці його міграції у «пустелю нептунів», з'ясувати імовірність знайти на планеті життя.
Що побачив «Габбл»?
Астрономи насправді мають багато інформації про TOI-674 b, оскільки окрім TESS її транзити мав змогу спостерігати також «Спітцер» і «Габбл». Зокрема останній тричі спостерігав транзит планети за допомогою однієї зі своїх камер — Wide Field Camera 3. Вона працює в широкому діапазоні довжин хвиль від ближнього інфрачервоного до ультрафіолетового і так змогла помітити водяну пару у спектрі поглинання TOI-674 b зі статистичною точністю результату в 2,1 сигми.
Окремо визначити кількість води, як і вміст метану, аміаку чи вуглекислого газу, вченим не вдалося, однак нещодавно запущеному телескопу імені Джеймса Вебба з його інструментами це буде під силу. Крім того, він допоможе уточнити вміст в атмосфері планети гелію, який розкриє її еволюцію та допоможе пояснити, що відбувається з планетами у «пустелях нептунів».
Також нещодавно ми розповідали, як «Габблу» вдалося відшукати водяну пару в атмосфері супутника Юпітера Ганімеда. На думку вчених, пара на супутнику з'явилася завдяки сублімації криги з його поверхні під дією сонячного випромінювання.