Գիտնականները բացահայտել են TOI-421 b սուբ-Նեպտունի գաղտնիքները. պատուհան դեպի էկզոմոլորակների նոր դաս

Ամերիկացի աստղագետները «Ջեյմս Ուեբ» տիեզերական աստղադիտակի միջոցով առաջին անգամ մանրամասն ուսումնասիրել են TOI-421 b էկզոմոլորակի մթնոլորտը՝ տաք սուբ-Նեպտուն, որը մեր գալակտիկայում ամենատարածված մոլորակների տեսակն է: Այս բացահայտումը, որը հրապարակվել է The Astrophysical Journal Letters-ում, փոխում է սուբ-Նեպտունների, դրանց կազմի և ծագման մասին պատկերացումները: Պատմում ենք, թե ինչ են պարզել գիտնականները, ինչու է TOI-421 b-ն այդքան անսովոր և ինչպես է սա ազդելու արտերկրային կյանքի որոնումների վրա:

Սուբ-Նեպտուններ՝ գալակտիկայի առեղծված

Սուբ-Նեպտունները մոլորակներ են, որոնք չափերով գերազանցում են Երկիրը (2–4 անգամ), բայց փոքր են գազային հսկաներից, ինչպիսիք են Յուպիտերը կամ Նեպտունը: Նրանք կազմում են հայտնի էկզոմոլորակների մինչև 40%-ը, սակայն նրանց բնույթը մնում էր առեղծված՝ խիտ ամպերի կամ մշուշի պատճառով, որոնք թաքցնում էին կազմը: Մեր Արեգակնային համակարգում նման մոլորակներ չկան, ինչը նրանց ուսումնասիրությունը դարձնում է առանձնապես կարևոր մոլորակների էվոլյուցիան հասկանալու համար:

TOI-421 b-ն, որը հայտնաբերվել է 2020 թվականին TESS աստղադիտակով, գտնվում է Երկրից 244 լուսային տարի հեռավորության վրա՝ Նապաստակ համաստեղությունում: Այն պտտվում է Արեգակի նման աստղի շուրջ՝ ընդամենը 0,026 աստղագիտական միավոր հեռավորությամբ, ուղեծիրը լրացնելով 5 օրում: Մակերևույթի ջերմաստիճանը հասնում է 730 °C-ի, ինչը այն դարձնում է «տաք սուբ-Նեպտուն»: Այս ջերմությունը, ինչպես պարզվեց, կարևոր դեր է խաղացել. բարձր ջերմաստիճանը կանխել է մշուշի առաջացումը՝ մթնոլորտը դարձնելով թափանցիկ դիտարկումների համար:

Բացահայտում՝ թափանցիկ մթնոլորտ և ջրածին

Օգտագործելով «Ջեյմս Ուեբ»-ի NIRISS և NIRSpec սպեկտրոգրաֆները՝ գիտնականները, Մերիլենդի համալսարանից Էլիզա Քեմփթոնի ղեկավարությամբ, ուսումնասիրել են TOI-421 b-ի մթնոլորտը 0,83–5 մկմ տիրույթում: Արդյունքները զարմացրել են.

• Կազմ: Մթնոլորտը հարուստ է ջրածնով և ջրային գոլորշիով, նկատվել են ծծմբի երկօքսիդի (SO₂) և ածխածնի օքսիդի (CO) հետքեր: Սա ցույց է տալիս ցածր մոլեկուլային զանգված՝ մոտ 2 գ/մոլ, որը մոտ է արեգակնային կազմին:
• Մշուշի բացակայություն: Ի տարբերություն այլ սուբ-Նեպտունների, ինչպիսին է K2-18b-ն, TOI-421 b-ն չունի ամպեր կամ աերոզոլներ, որոնք խանգարում են սպեկտրային գծերին:
• Անսպասելի բացակայություն: Մեթանը (CH₄) և ածխաթթու գազը (CO₂), որոնք բնորոշ են սուբ-Նեպտուններին, չեն հայտնաբերվել: Սա կասկածի տակ է դնում մոդելները, որոնք ենթադրում էին ծանր, ածխածնով հարուստ մթնոլորտեր:

«Մենք առաջին անգամ նայեցինք սուբ-Նեպտունի մթնոլորտին առանց խոչընդոտների, — ասում է Քեմփթոնը: — Սա պատուհան է դեպի մոլորակների բոլորովին այլ դաս, որոնք բացակայում են մեր համակարգում»:

Ինչու՞ է TOI-421 b-ն եզակի

TOI-421 b-ի մթնոլորտը նման է իր աստղի քիմիական կազմին, ինչը կարող է նշանակել.

• Առաջնային մթնոլորտ: Մոլորակը պահպանել է ջրածինը պրոտոմոլորակային սկավառակից՝ չկորցնելով այն աստղին մոտ լինելու պատճառով:
• Ծանր տարրերի կորուստ: Բարձր ջերմաստիճանները (մոտ 920 Կ) կարող էին գոլորշիացնել մեթանն ու ածխաթթու գազը՝ թողնելով թեթև մոլեկուլներ:
• Ածխաջրածնային մշուշի բացակայություն: 850 Կ-ից բարձր ջերմաստիճաններում մեթանը քայքայվում է՝ կանխելով աերոզոլների առաջացումը, ինչը հաստատվում է NIRSpec-ի տվյալներով:

Սա TOI-421 b-ն առանձնացնում է կարմիր գաճաճների շուրջ պտտվող սուբ-Նեպտուններից, ինչպիսին է TOI-700 e-ն, որտեղ խիտ մթնոլորտները թաքցնում են կազմը: Գիտնականները ենթադրում են, որ Արեգակի տիպի աստղերի շուրջ պտտվող տաք սուբ-Նեպտունները կարող են ձևավորվել այլ կերպ՝ հնարավոր է կորցնելով զանգվածի մի մասը «շառավղի հովտում»՝ երևույթ, երբ մոլորակները կորցնում են մթնոլորտները՝ դառնալով սուպերկարկեր:

Կապ այլ հետազոտությունների հետ

Բացահայտումը համընկնում է 2025 թվականի այլ աշխատանքների հետ.

• K2-18b: 2023 թվականին գիտնականները սխալմամբ մեթանը համարեցին դիմեթիլսուլֆիդ, սակայն 2024 թվականին «Ուեբ»-ի տվյալները ճշտեցին՝ ընդգծելով սուբ-Նեպտունների վերլուծության բարդությունները: TOI-421 b-ն, ընդհակառակը, տվել է հստակ սպեկտրեր:
• PDS 70b: The Astrophysical Journal Letters-ում հրապարակված ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ ձևավորվող մոլորակների մթնոլորտը տարբերվում է պրոտոմոլորակային սկավառակից, ինչը կարող է բացատրել TOI-421 b-ի եզակիությունը:
• Կլիմա և տիեզերք: Ինչպես Լուսնի հողի («Չանգե-6») կամ մետեորիտների (Nature Communications) ուսումնասիրությունները բացահայտում են երկրաքիմիան, այնպես էլ TOI-421 b-ի սպեկտրերն օգնում են հասկանալ մոլորակների էվոլյուցիան:

X-ի օգտատերերը նշում են. «TOI-421 b-ն կարծես տիեզերական լաբորատորիա է: Ջրածին և SO₂ 730 °C-ում՝ սա դժոխային քիմիա է»: Մյուսները կատակում են. «Grok, դու կդիմանայի՞ր նման մոլորակի վրա»:

Ի՞նչ է սպասվում

Գիտնականները պլանավորում են ուսումնասիրել այլ տաք սուբ-Նեպտուններ, օրինակ՝ HD 86226 c-ն,՝ պարզելու, թե արդյոք թափանցիկ մթնոլորտը բնորոշ է 850 Կ-ից բարձր ջերմաստիճան ունեցող մոլորակներին: «Ջեյմս Ուեբ»-ը կշարունակի դիտարկումները NIRSpec-ով՝ հաստատելու SO₂-ի և CO-ի առկայությունը, քանի որ նրանց ազդանշանները դեռևս բավարար ուժգին չեն: Սա կարող է ցույց տալ, թե արդյոք նման մոլորակները սուբ-Նեպտունների ենթադաս են, թե՞ եզակի պայմանների արդյունք:

Բացահայտումը նաև հարցեր է առաջացնում մոլորակների ձևավորման վերաբերյալ.

• Ինչու՞ են սուբ-Նեպտունները այդքան տարածված, բայց բացակայում են Արեգակնային համակարգում:
• Կարո՞ղ են տաք սուբ-Նեպտունները կորցնել մթնոլորտները՝ վերածվելով քարքարոտ սուպերկարկերի, ինչպես ենթադրում են «շառավղի հովտի» մոդելները: