В нашей Солнечной системе Юпитер и Сатурн чрезвычайно холодны, поскольку вращаются далеко от Солнца. Многие гигантские экзопланеты, обнаруженные за пределами нашей системы, — это «горячие юпитеры», миры, которые обращаются очень близко к своим звездам и температуры на них достигают тысячи градусов.
TOI-199b занимает промежуточное положение. Это одна из немногих известных науке умеренных гигантских планет, причем атмосферу такого мира впервые удалось изучить настолько детально. Планета обращается вокруг звезды, расположенной более чем в 330 световых годах от Земли, и совершает один оборот примерно за 100 дней. Температура планеты оценивается примерно в 80 градусов Цельсия — по земным меркам жарковато, но все-таки гораздо прохладнее, чем у большинства изученных гигантских экзопланет.
«Одно из главных преимуществ изучения экзопланет — возможность проанализировать множество различных типов планет, особенно те, которых мы не видим в Солнечной системе, чтобы узнать, как формируются и эволюционируют планетные системы, — объясняет профессор астрономии и астрофизики Penn State и руководитель исследовательской группы Рению Ху. — Известны лишь несколько гигантских экзопланет с умеренными температурными условями, и детально изучить атмосферу одной из них мы смогли впервые».
Для анализа атмосферы ученые использовали метод трансмиссионной спектроскопии, который позволяет изучать звездный свет, проходящий через атмосферу планеты во время ее прохождения перед звездой. Телескоп разделяет свет на разные длины волн, как призма разлагает белый свет на радугу.
«Когда планета проходит перед своей звездой, часть света проходит через атмосферу планеты, где он взаимодействует с элементами и молекулами, — рассказывает Аарон Белло-Аруфе, постдокторант из JPL и первый автор работы. — Специфические элементы поглощают световые волны определенной длины, создавая отпечаток в спектре, который отражает состав атмосферы».
Сравнив спектры света во время транзита с базовыми измерениями, ученые обнаружили метан, а также нашли намеки на присутствие аммиака и углекислого газа. Почему это важно? Во‑первых, химический состав атмосферы объясняет, как формировалась сама планета: на какой дистанции от звезды она рождалась, какие льды и газы захватывала, как мигрировала. Умеренные гиганты занимают промежуточное положение между холодными и горячими юпитерами, поэтому служат «недостающим звеном» для теорий эволюции планетных систем.
Во‑вторых, такие данные помогают калибровать модели атмосфер, в том числе земной. Метан, CO₂, аммиак, взаимоотношение температур и химии — все это общие физические процессы, которые действуют и на далеких мирах, и на нашей планете. Успех первого детального исследования умеренного газового гиганта дает астрономам уверенность планировать более крупные программы наблюдений подобных объектов с помощью JWST. Это позволит понять, уникальна ли TOI‑199b в своем роде или это представитель целого класса малоизученных, но крайне важных для планетологии миров.
Ранее астрономы изучили поверхность «обугленной» суперземли.