Телескоп Джеймса Вебба вперше виявив напівважку воду на екзопланеті

Як виявили напівважку воду?

Як повідомляє ScienceAlert, міжнародна команда астрофізиків за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) вперше впевнено зафіксувала наявність напівважкої води в атмосфері екзопланети WASP-39b.

Цей газовий гігант, розташований на відстані близько 700 світлових років від Землі у сузір'ї Діви, став ідеальним полігоном для випробування новітніх методів спектроскопії. Дослідження, очолюване вченими з Університетської обсерваторії Мюнхена (LMU) Фабіаном Грюбелем та Барбарою Ерколіно, базується на об'єднаних даних одразу чотирьох основних інструментів телескопа: NIRISS, NIRCam, NIRSpec та MIRI.

Науковці шукали ізотопологи води – молекули, що відрізняються кількістю нейтронів. Звичайна вода складається з двох атомів водню та одного атома кисню. Натомість напівважка вода, або HDO, містить дейтерій – ізотоп водню, який має додатковий нейтрон у ядрі, що робить його трохи важчим.

Саме ця крихітна різниця у вазі дозволяє астрономам зрозуміти, чи випаровується вода з планети, чи вона прилетіла з віддалених околиць зоряної системи. WASP-39b була логічним вибором для такого складного аналізу, оскільки вона є однією з найбільш вивчених екзопланет.

Це залишає нам найдетальніший спектр пропускання будь-якої екзопланети на сьогоднішній день, 
– зазначають автори у своїй роботі.

Що показало моделювання атмосфери?

Щоб отримати точні результати, команда, до якої також увійшли фахівці з Інституту позаземної фізики Товариства Макса Планка та Фізичної лабораторії ім. Г. Г. Віллса Університету Брістоля, використала пакет переносу випромінювання petitRADTRANS та алгоритм PyMultiNest.

Вони детально змоделювали інші молекули, такі як сірководень, синильна кислота та метан, щоб уникнути помилкового виявлення в інфрачервоному діапазоні між 3 та 4 мікрометрами.

Результат виявився вражаючим: сигнал HDO має високу статистичну значущість у 4.81 сигма. Розраховане співвідношення дейтерію до водню (D/H) становить приблизно 4.0 на 10 у мінус третій ступені, що у 25 разів вище, ніж у земних океанах.

Вчені виявили, що розраховане співвідношення D/H на WASP-39b є "значно підвищеним порівняно з газовими гігантами Сонячної системи, об'єктами, які можна було б очікувати як найближчі локальні аналоги WASP-39b".

Чому показник D/H міг зрости?

Ця аномалія може пояснюватися процесом атмосферної дисипації. Оскільки WASP-39b є розпеченим "пухким" гігантом з температурою близько 1000 градусів за Цельсієм та низькою гравітацією, легкий водень швидко вилітає в космос. Водночас важча напівважка вода утримується силою тяжіння планети.

Інша гіпотеза полягає в тому, що планета сформувалася у холодній зовнішній зоні свого протопланетного диска, за так званою "лінією снігу", де накопичувався збагачений дейтерієм лід, а згодом мігрувала ближче до зірки.

Спостереження протозоряних льодів з цього регіону показують ступінь збагачення дейтерієм, що узгоджується зі співвідношенням D/H, виведеним для WASP-39b, 
– пишуть дослідники.

Проте вони наголошують, що "визначення того, чи міг цей сценарій дати спостережувані значення, вимагає детального хімічного моделювання".

Хоча WASP-39b є розпеченим пеклом, де життя земного типу неможливе, суть відкриття полягає в успішному тестуванні самої методики ,яка може бути застосована на інших планетах з кращими умовами.

HDO наразі залишається найбільш доступним маркером завдяки своїм виразним спектральним характеристикам, і його виявлення може бути можливим навіть на помірних кам'янистих екзопланетах у найближчому майбутньому, де він міг би слугувати потенційним маркером придатності для життя, 
– підсумовують науковці.

Наразі ця робота, надіслана до авторитетних журналів Американського астрономічного товариства, проходить стадію рецензування на сервері препринтів arXiv, відкриваючи нову еру в дослідженні космічних світів.