Международная команда астрономов под руководством Томаса Эванса-Сомы и Сирила Гаппа с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) раскрыла тайну формирования экзопланеты WASP-121b, известной как Tylos. Этот сверхгорячий юпитер, расположенный в 881 световом году от Земли в созвездии Кормы, имеет экстремальные условия: его орбита длится всего 30,5 часа, а температура достигает 3000°C. Исследование, опубликованное в Nature Astronomy, проливает свет на происхождение и эволюцию планеты.

Химическая карта атмосферы

Используя JWST, ученые обнаружили в атмосфере WASP-121b ключевые молекулы:

  • Вода (H₂O) и угарный газ (CO) на дневной стороне, раскаленной до 3000°C.
  • Монооксид кремния (SiO) — впервые достоверно идентифицированный в атмосфере экзопланеты, указывающий на присутствие силикатных соединений.
  • Метан (CH₄) на ночной стороне, где температура составляет около 1500°C.

Эти находки позволили создать «химическую карту» планеты, которая раскрывает ее историю. «Обнаружение монооксида кремния — прорыв. Это первое подтверждение такой молекулы в атмосфере планеты», — отметила доктор Анджали Пьетт, соавтор исследования из Бирмингемского университета.

Происхождение WASP-121b

Данные JWST показывают, что WASP-121b сформировалась далеко от своей звезды, за линией замерзания — областью протопланетного диска, где вода существует в виде льда, но метан испаряется. Это холодный регион, богатый углеродом, который способствовал уникальному составу планеты:

  • Миграция: После формирования планета начала движение к звезде, притягивая углеродистый газ. Кислород, замороженный в виде льда, остался позади, что привело к высокому соотношению углерода к кислороду (C/O) в атмосфере — выше, чем у звезды WASP-121.
  • Бомбардировка: Планета поглощала легкие газы, такие как метан, из мелких «космических камней» и подвергалась ударам крупных астероидов, формируя свою массивную атмосферу.

«WASP-121b родилась в узкой прослойке между ‘линией сажи’ и ‘линией метана’, что объясняет ее необычный состав», — пояснили ученые из Астрономического института Германии.

Загадка метана и ветров

Одним из самых неожиданных открытий стало присутствие метана на ночной стороне. Модели предсказывали, что при 1500°C метан должен разрушаться или не успевать образовываться из-за быстрого охлаждения. Однако его изобилие указывает на мощные вертикальные ветры, поднимающие газ из глубоких слоев атмосферы. Эти ветры, достигающие скоростей до 20 км/с, перераспределяют тепло и молекулы между слоями.

«Метан на ночной стороне — это аномалия, которая требует пересмотра наших моделей атмосферной циркуляции», — отметил Эванс-Сома.

Методы наблюдения

JWST следил за WASP-121b на протяжении полного орбитального цикла (1,27 дня), используя спектроскопию фазовой кривой и транзитную спектроскопию:

  • Фазовая кривая: Изменения яркости планеты во время орбиты позволили изучить дневную и ночную стороны. Метан отсутствовал в переходной зоне между ними, подтверждая активную циркуляцию.
  • Транзит: Когда планета проходила перед звездой, свет последней просвечивал атмосферу, выявляя молекулы воды, CO и SiO.

Эти методы, усиленные чувствительностью JWST, дали беспрецедентную детализацию атмосферы.

Экстремальные условия WASP-121b

WASP-121b — газовый гигант, в 1,18 раза массивнее и 1,87 раза больше Юпитера. Ее близость к звезде (0,0257 а.е.) вызывает:

  • Приливной захват: Планета всегда обращена одной стороной к звезде, создавая контраст между дневной (3000°C) и ночной (1500°C) сторонами.
  • Металлические дожди: Железо, титан и корунд конденсируются на ночной стороне, формируя облака и осадки из жидких металлов и драгоценных камней (рубинов, сапфиров).
  • Ураганы: Мощные ветры переносят газы, создавая уникальный климат.

Форма планеты вытянута из-за гравитации звезды, напоминая мяч для американского футбола.

Значение открытия

WASP-121b — «естественная лаборатория» для изучения атмосфер и эволюции экзопланет. Ее исследование помогает:

  • Понять формирование горячих юпитеров, которые отсутствуют в Солнечной системе.
  • Уточнить модели атмосферной динамики, включая роль ветров и химических процессов.
  • Разработать методы анализа для будущих миссий, таких как Extremely Large Telescope (2030 год).

«WASP-121b меняет наше представление о погоде не только на экзопланетах, но и на планетах вообще», — отметила доктор Юлия Сейдель из ESO.

Будущее исследований

Ученые планируют:

  • Продолжить наблюдения с JWST для изучения других молекул, таких как окись ванадия или оксид титана.
  • Использовать наземные телескопы, такие как VLT с инструментом ESPRESSO, для измерения ветров и состава.
  • Сравнить WASP-121b с другими горячими юпитерами, такими как WASP-76b, где также найдены металлические дожди.

Заключение

Открытие химического состава и происхождения WASP-121b с помощью JWST — прорыв в астрономии. Планета сформировалась за линией замерзания, мигрировала к звезде и обрела уникальную атмосферу с высоким содержанием углерода, металлическими дождями и мощными ветрами. Обнаружение метана и монооксида кремния требует пересмотра моделей, подчеркивая сложность экзопланет. WASP-121b остается ключом к пониманию формирования планетных систем, а будущие исследования с JWST и ELT раскроют еще больше ее загадок.