JWST обнаружил метан в атмосфере экзопланеты TOI‑199b

До сих пор атмосферные исследования экзопланет в основном сосредоточивались на двух крайних типах:

• «Горячие юпитеры» — гигантские планеты, находящиеся очень близко к своим звёздам и нагретые до экстремальных температур.
• Холодные газовые гиганты, похожие на Юпитер и Сатурн в Солнечной системе, которые находятся далеко от своих звёзд.

TOI‑199b занимает промежуточное положение между этими двумя категориями. Такой температурный режим долго оставался трудным для наблюдений, поэтому планета стала важным объектом для проверки теорий атмосферной химии.

Как телескоп JWST обнаружил метан

Ключевой метод наблюдений называется транзитная спектроскопия. Когда планета проходит перед своей звездой, небольшая часть звёздного света проходит через её атмосферу. Молекулы в атмосфере поглощают определённые длины волн, оставляя характерные «отпечатки» в спектре света.

Для TOI‑199b астрономы использовали инструмент NIRSpec телескопа JWST в режиме G395M и наблюдали один транзит планеты. Измеряя полученный трансмиссионный спектр, исследователи определили, какие длины волн были поглощены и какие молекулы присутствуют в атмосфере.

Статистический анализ спектра показал убедительные признаки метана (CH₄). Модели атмосферного восстановления подтвердили наличие этой молекулы с высокой статистической значимостью.

Какие ещё газы искали в атмосфере

Учёные также проверяли спектр на присутствие других молекул, которые обычно ожидаются в богатых водородом атмосферах газовых гигантов. Среди них:

• водяной пар (H₂O)
• аммиак (NH₃)
• цианистый водород (HCN)
• углекислый газ (CO₂)
• угарный газ (CO)

Наблюдения дали наиболее убедительное подтверждение именно метана, тогда как признаки других молекул в имеющихся данных оказались менее определёнными. Интересно, что отсутствие сильных сигналов CO и CO₂ помогло ограничить возможный химический состав и «металличность» атмосферы планеты.

Почему это важно для науки об экзопланетах

Умеренно тёплые газовые гиганты считаются недостаточно изученной категорией экзопланет. Поскольку они находятся дальше от своих звёзд и имеют более длинные орбитальные периоды, их транзиты происходят реже и их сложнее наблюдать, чем горячие юпитеры.

Изучение TOI‑199b помогает исследователям:

• проверять модели атмосферной химии при более низких температурах
• понять, как образуется и сохраняется метан в водородных атмосферах
• сравнивать горячие и более холодные газовые гиганты

Результаты показывают, что JWST способен измерять химический состав атмосферы умеренно тёплых газовых гигантов, а не только самых горячих и лёгких для наблюдения планет. Это открывает путь к изучению многих похожих миров, найденных транзитными обзорами.

Новое окно в изучение гигантских экзопланет

Планета TOI‑199b находится более чем в 330 световых годах от Земли, однако высокая чувствительность JWST позволяет обнаруживать молекулы в её атмосфере на таком расстоянии.

По мере наблюдения новых умеренно тёплых газовых гигантов астрономы смогут сравнивать их химические «отпечатки» и точнее моделировать процессы формирования планет и эволюции атмосфер. Поэтому TOI‑199b уже рассматривается как один из первых ориентиров для будущих исследований подобных миров.