Астрономы могли найти воду в атмосфере чрезвычайно жаркой экзопланеты, которая ещё и одна из самых металлических, когда-либо открытых.
Экзопланета HD 149026 b, известная как «Смертриос», вращается вокруг жёлтого субгиганта HD 149026. Звезда расположена примерно в 247 световых годах от Земли и получила имя Ogma, бог из ирландской и шотландской мифологии. Экзопланета находится в 6,5 миллионах километрах от звезды и совершает один оборот менее чем за три земных дня. С размером около трёх четвертей Юпитера, Смертриос относится к типу «горячих Сатурнов».
Расположенный близко к звезде HD 149026, Смертриос постоянно обращён к ней одной стороной, где температура достигает 2600 градусов по Фаренгейту (1420 градусов по Цельсию). «Ночная сторона» этого объекта всегда обращена в космос. В 2005 году, когда Смертриос проходил перед своей звездой, астрономы обнаружили его необычную плотность и состав.
Горячие газовые гиганты — экзопланеты, по размерам напоминающие Юпитер или Сатурн, но вращающиеся вокруг своих звёзд на очень близких расстояниях. Орбитальный период таких планет обычно меньше десяти дней, то есть год может длиться менее недели.
Во время наблюдений в 2023 году космическим телескопом «Джеймс Уэбб» выяснилось, что металличность планеты Смертриос значительно выше, чем у большинства горячих Сатурнов и более массивных горячих Юпитеров. Показатель металличности у Смертриоса также превышает таковой у Юпитера и Сатурна.
Астрономы под словом «металлы» подразумевают элементы, более тяжёлые водорода и гелия. Обычно считается, что масса металлов в газовых гигантах обратно пропорциональна их массе: чем больше гигант, тем меньше у него должно быть металлов. Смертриос нарушает эту тенденцию. У планеты аномально большое твёрдое ядро, поэтому её плотность так высока.
Составу планеты не соответствуют существующие модели формирования экзопланет горячих газовых гигантов, что до сих пор остается загадкой. Изучение ее атмосферы важно, так как может помочь прояснить историю формирования через свойства, такие как металличность и соотношение углерода и кислорода, отметил Али Рафи.
Для изучения атмосферы Смертриоса и понимания причин металлического состава планеты Али Рафи и соратники применили спектрограф CARMENES в обсерватории Калар-Альто на территории Испании.
Элементы и химические соединения поглощают и излучают свет на определённых длинах волн. При прохождении между наблюдателем и звездой планета, подобная Смертриосу, оставляет следы из своего состава в проходящем сквозь атмосферу звёздном свете. Спектрографы способны считывать эти следы для определения её состава. Исследование Смертриоса с помощью CARMENES выявило признаки водяного пара, что может помочь уточнить содержание других элементов в его атмосфере.
Али Рафи пояснил, что если предположить, что кислород более распространён, чем углерод в атмосфере горячих газовых гигантов, таких как Смертриос, то вода и оксид углерода являются двумя наиболее часто встречающимися «индикаторными» молекулами. Следовательно, если ограничить распространение обеих молекул, можно ограничить соотношение углерода и кислорода в атмосфере, что важно, поскольку это может оказаться важной характеристикой истории формирования и эволюции газовых гигантов, таких как HD 149026 b. Обнаружение воды в атмосфере — первый шаг к этой характеристике. Однако команда узнала о Смертриосе ещё кое-что. Экзопланета преподнесла исследователям настоящий сюрприз.
На горячих газовых гигантах, находящихся в приливном захвате, большая разница температур между жаркой стороной и более холодной стороной порождает быстрые атмосферные ветры со скоростью до 8046 километров в час. Ветры обычно дуют с дневной стороны на ночную — из высокотемпературных регионов в низкотемпературные. Однако ветры Смертриоса, предположительно, дуют в обратном направлении — с ночной стороны на дневную сторону планеты.
Мы видим планету, когда она проходит перед звездой. Ветры, дующие на ночную сторону, по идее, должны дуть в направлении наблюдателя, смещая спектр в синюю сторону. Однако он смещён в красную сторону, что стало неожиданностью. Есть несколько сценариев, которые могли бы объяснить, почему ветры на экзопланетах могут дуть с ночной стороны на дневную.
Возможна ситуация, когда ветры формируются на больших глубинах атмосферы, из-за чего спектр смещается в красную область. Альтернативное предположение заключается в том, что орбита Смертриоса необычна, и это может быть причиной сдвига спектра, не учтенного командой.
Потребуются дополнительные наблюдения для подтверждения любого из этих сценариев и проверки наличия других вариантов, – заявил Али Рафи.
Астрономы будут продолжать изучать необычный горячий Сатурн, чтобы подтвердить обнаружение водяного пара. Для этого необходимы дополнительные данные наблюдений за транзитами экзопланеты. Сейчас ведется работа по подтверждению наличия воды и поиску других атмосферных молекул, а также ограничению их количества для более точной оценки металличности и соотношения углерода и кислорода. Надеется, что это поможет прояснить историю формирования и эволюции Смертриоса.