Телескоп James Webb побачив, як екзопланета переживає сезонний температурний обвал

Webb зафіксував нагрівання в реальному часі

Телескоп James Webb спостерігав HD 80606 b у критичне вікно навколо її проходження через періастр. За даними NASA, температура планети зросла приблизно на 1 100 °F — це близько 610 °C — коли вона занурилася в потік випромінювання своєї зорі .

Попередні спостереження телескопа Spitzer уже показали, що атмосфера планети реагує на цей різкий імпульс тепла. У 2007 році Spitzer безперервно спостерігав систему протягом 30 годин і зафіксував зміни інфрачервоного випромінювання . Моделі, побудовані на основі цих даних, вказували на формування потужної бурі після зближення планети із зорею .

Однак Webb зміг піти далі: він не лише виміряв, наскільки нагрілася планета, а й дослідив, як на це реагують конкретні молекули в її атмосфері.

Атмосфера змінює «хімічний почерк»

Для спостережень використали інструмент NIRSpec — спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону — у режимі G395H. Webb стежив за планетою протягом 21 години, охопивши момент затемнення, який відбувається незадовго до найближчого проходження біля зорі .

До періастру, коли HD 80606 b була відносно прохолоднішою, її спектр нагадував майже гладке випромінювання абсолютно чорного тіла. Простими словами, в ньому не було виразних молекулярних «відбитків».

Коли планета наблизилася до зорі й почала швидко нагріватися, картина змінилася. У спектрі проявилися ознаки поглинання, пов’язані з:

• чадним газом — CO;
• метаном — CH₄;
• водяною парою — H₂O.

Найпереконливіше дослідники зафіксували метан у післяперіастрових фазах — із статистичною значущістю від 3,7 до 4,8 сигми. Для чадного газу цей показник становив 3,4 сигми, а для водяної пари — 3,1 сигми .

Це означає, що атмосфера HD 80606 b реагує на зміну освітлення не просто фізично, а й хімічно. Її склад і спостережуваний спектр можуть помітно змінюватися протягом кількох годин.

Чого Webb не знайшов

Спостереження також дали змогу відкинути сценарій із сильною температурною інверсією — шаром атмосфери, у якому температура зростає з висотою. Деякі моделі передбачали, що короткий, але надзвичайно інтенсивний нагрів HD 80606 b може створити таку структуру .

Проте Webb не виявив переконливих ознак сильної інверсії. Одне з можливих пояснень полягає в тому, що нагрівання триває недостатньо довго для формування стабільного шару. Інша можливість — потужна атмосферна циркуляція швидко розподіляє тепло по планеті.

Від вимірювання температури до спостереження за хімією

Історія HD 80606 b добре показує, як змінювалися можливості космічних телескопів. Spitzer виміряв інфрачервоний спалах і допоміг відтворити картину глобального нагрівання та штормів . James Webb, завдяки вищій чутливості та спектроскопічним можливостям, дозволив розглянути молекулярний склад атмосфери .

Спектроскопія працює як своєрідний хімічний аналіз світла: різні молекули поглинають певні довжини хвиль і залишають у спектрі характерні лінії. Саме так Webb досліджує атмосфери світів за межами Сонячної системи .

Щоб не пропустити короткий момент проходження HD 80606 b через періастр, астрономи заздалегідь уточнили параметри її орбіти за допомогою глобальної мережі наземних телескопів. Це зменшило невизначеність у часі транзиту та затемнення з десятків хвилин до кількох хвилин .

Чому це важливо для науки про екзопланети

Ефективна температура HD 80606 b, за моделями, може зростати приблизно від 400 до понад 1 400 K за кілька годин . Такі різкі зміни створюють природну лабораторію для вивчення ударних хвиль, турбулентності, циркуляції та хімічних реакцій у газових оболонках планет .

Цей випадок доповнює ширшу програму James Webb із дослідження атмосфер екзопланет у найрізноманітніших умовах. Наприклад, телескоп допомагає аналізувати склад атмосфер за допомогою транзитної спектроскопії та шукати молекули, які проявляються в спектрі як характерні піки .

HD 80606 b особливо цінна тим, що її клімат не залишається стабільним: орбіта сама запускає швидку зміну умов. Webb фактично отримав серію спостережень «до», «під час» і «після» космічного теплового удару. Це рідкісна можливість перевірити, наскільки швидко атмосфера далекої планети перебудовується під дією зорі — і де саме сучасні моделі ще потребують уточнення.