JWST может не обнаружить воду, скрытую в недрах мини-Нептунов

Мини-Нептуны, экзопланеты, размеры которых немного меньше Нептуна, признаны наиболее распространенным типом планет в нашей галактике. Их количество достигает почти 3,300 из более чем 6,300 подтвержденных экзопланет. Несмотря на значительные цифры, характеристики мини-Нептунов остаются относительно неизвестными. Это связано с тем, что в нашей солнечной системе нет аналогов мини-Нептунов, а их атмосферы, как правило, плотные и туманные. Такие условия усложняют наблюдения, даже с использованием мощных инструментов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST).

Теперь команда исследователей из США и Канады, возглавляемая Чикагским университетом (UChicago), может быть на шаг ближе к пониманию состава мини-Нептунов. В своем недавнем исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal, они использовали серию компьютерных моделей для симуляции атмосферного и внутреннего состава экзопланеты TOI-270 d. Эта планета была открыта в 2019 году и находится на расстоянии около 73 световых лет от Земли. Её радиус и масса составляют примерно в два и 4.2 раза больше Земли соответственно, а орбита вокруг своей красной карликовой звезды занимает около 11.4 дней. TOI-270 d и её «сестры» TOI-270 b и TOI-270 c находятся в пределах обитаемой зоны своей звезды.

JWST ранее выявил наличие углекислого газа, метана и водорода в атмосфере TOI-270 d, что указывает на возможное присутствие воды. Однако точное состояние воды остается неизвестным, и учёные не могут определить, находится ли вода в твердом, жидком или газообразном состоянии, а также условия, при которых вода и водород могут смешиваться или разделяться.

В результате исследования ученые выяснили, что сочетание температуры и соотношения воды к водороду влияет на процессы смешивания и разделения этих веществ. В частности, TOI-270 d имеет больше воды, чем водорода, а её высокая температура в 537 градусов Цельсия (1,000 градусов по Фаренгейту) может привести к тому, что вода будет погружаться под атмосферу водорода, тем самым скрывая нижележащую воду от наблюдений, даже с помощью JWST. Это означает, что мини-Нептуны могут содержать больше воды, чем считалось ранее, ставя под сомнение давние гипотезы о том, что их внутренние структуры хорошо смешаны, в отличие от разделенных интерьеров, предложенных в этом исследовании.

«Возможно, эти планеты скрывают гораздо больше воды, чем позволяет предполагать их атмосфера», — говорит доктор Каролин Пиауле-Горайеб, постдокторский исследователь в UChicago и ведущий автор исследования. «Это интересный вопрос, поскольку вода имеет важное значение для жизни, как мы её знаем, и потому, что это сигнализирует о необходимости более тонкого подхода к интерпретации данных, поступающих от новых мощных телескопов, чтобы действительно понять, что происходит».

Некоторые примеры «новых мощных телескопов», на которые могла ссылаться доктор Пиауле-Горайеб, включают несколько запланированных телескопов NASA, Европейского космического агентства (ESA) и Европейской южной обсерватории (ESO). Наиболее заметным из них является космический телескоп Нэнси Грейс Роман, который должен быть запущен 30 августа 2026 года, и его основная миссия будет заключаться в использовании коронографа для прямого изображения экзопланет. Примером наземного телескопа, который может способствовать изучению атмосферы экзопланет, является Экстремально большой телескоп (ELT) от ESO, который в настоящее время находится на стадии активного строительства и планируется к началу научных операций около декабря 2030 года.

Какие новые открытия о мини-Нептунах и их глубоких водяных атмосферах сделают исследователи в ближайшие годы и десятилетия? Время покажет, и именно поэтому мы занимаемся наукой!

Как всегда, продолжайте заниматься наукой и смотрите вверх!