Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые однозначно обнаружил в атмосфере горячего сатурна WASP-39b диоксид серы. Это первое прямое доказательство протекания фотохимических реакций в атмосфере экзопланет. Препринты работ (1, 2, 3, 4, 5) доступны на сайте arXiv.org.
Трансмиссионная спектроскопия представляет собой один из основных методов обнаружения и исследования атмосфер экзопланет, который позволяет определять их состав и структуру. Метод заключается в получении спектра света звезды, который проходит сквозь атмосферу экзопланету во время ее прохождения по диску звезды (транзита). Благодаря наблюдениям космических и наземных телескопов ученые обнаружили в атмосферах экзопланет следы водяного пара, аэрозолей и металлов, однако до запуска «Джеймса Уэбба» возможности средств наблюдений по диапазону длин волн и спектральному разрешению не позволяли достоверно обнаружить многие соединения.
WASP-39b представляет собой горячий сатурн в системе желтого карлика, расположенного на расстоянии 700 световых лет от Солнца. Планета характеризуется массой 0,28 массы Юпитера, радиусом 1,27 радиуса Юпитера и орбитальным периодом 4,055 дня. Она подвергается сильному нагреву со стороны родительской звезды, а ее равновесная температура составляет 1170 кельвин.
Первоначально планету наблюдали наземные телескопы, однако тогда ученые смогли лишь примерно определить состав атмосферы WASP-39b. Затем к наблюдениям подключился «Джеймс Уэбб», для которого планета стала одной из первых целей наблюдений, и подтвердил наличие в ней ряда углекислого газа.
Четыре новых опубликованных исследования содержат результаты анализа четыремя группами планетологов данных наблюдений за WASP-39b камерой NIRCam и спектрографами NIRSpec и NIRISS в ближнем инфракрасном диапазоне волн «Джеймса Уэбба» летом 2022 года.
Ученые с большой точностью подтвердили наличие в атмосфере WASP-39b натрия, калия, водяного пара, углекислого газа, угарного газа и не обнаружили в ней метана. Что касается H2S и OCS, то исследователи не смогли однозначно подтвердить их наличие. Однако был однозначно найден диоксид серы (SO2). Модели, хорошо описывающие спектры, предполагают неоднородное покрытие облаками терминатора планеты и металличность в 3 до 10 раз выше солнечной. Предполагается, что WASP-39b первоначально сформировалась далеко от своей звезды, а затем мигрировала к ней.
В пятой работе группа планетологов во главе с Шан-Мин Цаем (Shang-Min Tsai) из Оксфордского университета, также занимавшаяся анализом данных «Джеймса Уэбба», пришла к выводу, что наблюдаемый на WASP-39b диоксид серы образуется в результате последовательного окисления радикалов серы, формирующихся при разрушении сероводорода. продуктами фотолиза водяного пара. Таким образом, это первое прямое свидетельство протекания фотохимических реакций в атмосфере горячего газового экзогиганта.
Ранее мы рассказывали о том, как «Джеймс Уэбб» отыскал на безоблачном горячем сатурне облака.