Астрономы, возможно, обнаружили наличие воды в атмосфере невероятно горячей экзопланеты, которая также является одной из самых «металлических», когда-либо обнаруженных.
Экзопланета, о которой идет речь — HD 149026 b, которая также известна как «Смертриос» (Smertrios), бог войны в гэльской культуре. Смертриос вращается вокруг жёлтого субгиганта, звезды HD 149026 (Ogma, бог из ирландской и шотландской мифологии), расположенной примерно в 247 световых годах от Земли. Экзопланета находится примерно в 6,5 миллионах километрах от своей родительской звезды, совершая один оборот менее чем за три земных дня. Имея размер около трёх четвертей Юпитера, Смертриос классифицируется как «горячий Сатурн».
Из-за близости Смертриоса к своей звезде он приливно постоянно обращён к HD 149026 лишь одной стороной, где температура достигает 2600 градусов по Фаренгейту (1420 градусов по Цельсию). Его относительно более прохладная «ночная сторона» всегда обращена в космос. Но плотность и состав Смертриоса, обнаруженного в 2005 году, когда он проходил перед своей звездой, уже тогда показались астрономам необычными.
«Горячие газовые гиганты — это экзопланеты, которые по размерам похожи на Юпитер или Сатурн, но вращаются вокруг своих звёзд на чрезвычайно близких расстояниях. Обычно их орбитальный период составляет менее десяти дней, что означает, что год на этих планетах может длиться меньше недели» — сказал Сайед Али Рафи, участник команды, стоящей за открытием, и астроном из Токийского университета.
Когда космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) наблюдал Смертриос в 2023 году, обнаружилось, что металличность планеты (доля металлов по отношению к водороду) намного выше, чем у большинства горячих Сатурнов и более крупных горячих Юпитеров. Это соотношение также намного больше у Смертриоса, чем у Юпитера и Сатурна.
Когда астрономы говорят о «металлах», они имеют в виду элементы тяжелее водорода и гелия. Обычно считается, что металлы обратно пропорциональны массе газовых гигантов. Это означает, что чем больше становится газовый гигант, тем меньше у него должно быть металлов. Смертриос бросает вызов этой тенденции. Также было обнаружено, что у планеты аномально большое твёрдое ядро, поэтому плотность планеты так высока.
«Состав планеты, по-видимому, несовместим с текущими сценариями формирования экзопланет, которые у нас есть для горячих газовых гигантов, и это по сей день остаётся загадкой. Поэтому нам важно исследовать атмосферу этой планеты, поскольку это может помочь раскрыть историю её формирования через такие свойства атмосферы, как металличность и соотношение углерода и кислорода», — сказал Али Рафи.
Чтобы исследовать атмосферу Смертриоса и выяснить, почему планета такая «металлическая», Али Рафи и его коллеги обратились к спектрографу CARMENES в обсерватории Калар-Альто в Испании.
Элементы и химические молекулы поглощают и излучают свет на характерных длинах волн. Когда планета, подобная Смертриосу, проходит между наблюдателем м своей звездой, элементы в её атмосфере оставляют «следы» в проходящем сквозь атмосферу звёздном свете. Спектрографы могут считывать эти «следы», чтобы выяснить, из чего состоит атмосфера планеты. Исследование Смертриоса с помощью CARMENES выявило признаки водяного пара. Это может помочь лучше ограничить обилие других элементов в атмосфере планеты.
Али Рафи объяснил, что если предположить, что кислород более распространён, чем углерод в атмосфере горячих газовых гигантов, таких как Смертриос, то это означает, что вода и оксид углерода являются двумя наиболее распространёнными «индикаторными» молекулами. «Следовательно, если мы можем ограничить распространённость обеих молекул, то мы можем ограничить соотношение углерода и кислорода в атмосфере, что очень важно, поскольку это может оказаться важной характеристикой в истории формирования и эволюции газовых гигантов, таких как HD 149026 b. Обнаружение воды в атмосфере — первый шаг к этой характеристике», — добавил Али Рафи. Однако это было не всё, что команда узнала о Смертриосе. Экзопланета преподнесла исследователям настоящий сюрприз.
Обычно на горячих газовых гигантах, находящихся в приливном захвате, огромная разница температур между жаркой дневной стороной и более холодной ночной стороной создает чрезвычайно быстрые атмосферные ветры, скорость которых может достигать 8046 километров в час. Как правило, ветры дуют с дневной стороны на ночную сторону — из высокотемпературных в низкотемпературные регионы. Однако ветры Смертриоса, по-видимому, дуют в противоположном направлении, — с ночной стороны на дневную сторону планеты.
«Поскольку мы видим планету, когда она проходит перед своей звездой, ветры, дующие на ночную сторону, означают, что они дуют в направлении наблюдателя, и это приведёт к тому, что спектр будет смещён в синюю сторону. Однако мы обнаружили, что он смещён в красную сторону, и это стало большим сюрпризом. Мы можем придумать несколько сценариев, которые могли бы объяснить тот факт, что на экзопланетах ветры могут дуть с ночной стороны на дневную», — объяснил Али Рафи.
Один из сценариев заключается в том, что эти ветры образуются в глубоких слоях атмосферы, вызывая смещение спектра в красную сторону. Другой сценарий заключается в том, что орбита Смертриоса «эксцентричная», и это может привести к сдвигу в спектре, который команда не учла.
«Нужны дополнительные наблюдения, чтобы подтвердить любой из этих сценариев или даже узнать, есть ли какие-либо другие альтернативы», — добавил Али Рафи.
Астрономы продолжат исследование этого необычного горячего Сатурна, чтобы подтвердить обнаружение водяного пара. «Для проверки наших результатов необходимы дополнительные данные наблюдений за транзитами этой экзопланеты. Сейчас мы работаем над подтверждением воды и поиском других атмосферных молекул, а также ограничиваем их численность, чтобы точнее оценить металличность и соотношение углерода и кислорода. Надеюсь, что это поможет нам прояснить историю формирования и эволюции Смертриоса», — заключил Али Рафи.