Газовые планеты-гиганты нашей Солнечной системы находятся далеко от Солнца в холодных областях внешней нашей системы, но если взглянуть на Вселенную, то там можно увидеть множество горячих газовых экзопланет. Некоторые из них обладают поистине удивительными свойствами. Горячий газовый гигант WASP-107 b по своей плотности напоминает разогретый в микроволновой печи зефир или сахарную вату. Долгое время астрономы пытались понять причину столь пушистой природы WASP-107b. И, кажется, наконец нашли ответ: вероятнее всего, это связано с ее орбитой и ядром, масса которого оказалась больше, чем предполагалось ранее.
Экзопланета WASP-107 b по размерам сопоставима с Юпитером, но её масса в десять раз меньше, что делает ее одной из самых легких известных планет. Основываясь на ее возрасте, размере и массе, астрономы предположили, что экзопланета имеет небольшое каменное ядро, окруженное большим объемом водорода и гелия, причем последний был обнаружен в ее атмосфере Хабблом. Пушистость и низкая плотность WASP-107 b не казалась бы чем-то необычным, если бы она была гораздо горячее, однако звезда не даёт ей достаточного количества энергии, чтобы объяснить её "раздутость".
Стремясь пролить свет на загадочную природу WASP-107b, исследователи из Аризоны решили использовать возможности новейшего космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Благодаря короткому орбитальному периоду в 5,7 земных суток, эта экзопланета регулярно проходит перед диском своей родительской звезды, предоставляя идеальные условия для изучения ее атмосферы методом спектроскопии прохождения. В такие моменты, когда свет звезды фильтруется сквозь газовую оболочку планеты, высокочувствительные инструменты Уэбба способны детально проанализировать спектральные особенности в широком инфракрасном диапазоне и тем самым выявить состав атмосферных компонентов.
Астрономы использовали инструменты "Уэбба" NIRCam и MIRI, а также более старые данные Хаббла для построения широкого спектра света с длиной волны от 0,8 до 12,2 микрометров. Инструмент NIRSpec телескопа также собрал дополнительные данные в диапазоне от 2,7 до 5,2 мкм. Результаты показали практически полное отсутствие метана в атмосфере WASP-107b, что, по сообщению НАСА, стало неожиданностью.
Спектр излучения, полученный с помощью «Уэбба» и «Хаббла», показывающий относительное количество молекул в атмосфере планеты. Автор: НАСА
Спектральные данные указали исследователям на две важные вещи. Во-первых, внутренняя часть WASP-107b, должно быть, гораздо горячее, чем можно было предположить исходя из расстояния ее орбиты. Метан неустойчив при высоких температурах, и его относительное отсутствие на WASP-107b свидетельствует о том, что он разлагается так же быстро, как и образуется. Кроме того, имея полную картину соотношения тяжелых элементов, таких как углерод и кислород, к легким, таким как водород и гелий, можно рассчитать массу ядра. Согласно данным "Уэбба", ядро оказалось как минимум в два раза больше, чем считалось ранее. Что в большей степени согласуется с нашими знаниями о формировании планет.
Теперь, располагая полной информацией о WASP-107b, команда полагает, что коренная причина ее пушистости - приливный нагрев. Год на этой экзопланете длится всего 5,7 земных суток. Двигаясь по слегка вытянутой эллиптической орбите, массивное ядро планеты испытывает неравномерное гравитационное воздействие со стороны звезды, что генерирует внутреннее тепло. Это тот же механизм, который, как считается, способствует поддержанию достаточно высокой температуры на спутниках вроде Европы, чтобы под их поверхностью могли существовать жидкие океаны. На WASP-107b он нагревает ядро, заставляя газовую оболочку раздуваться. Эти результаты помогут ученым делать более точные предсказания о свойствах других экзопланет, подобных Нептуну.