Телескоп Джеймса Уэбба впервые обнаружил полутяжелую воду на экзопланете

Как обнаружили полутяжелую воду?

Как сообщает ScienceAlert, международная команда астрофизиков с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) впервые достоверно зафиксировала наличие полутяжелой воды в атмосфере экзопланеты WASP-39b.

Этот газовый гигант, расположенный на расстоянии около 700 световых лет от Земли в созвездии Девы, стал идеальным полигоном для испытания новейших методов спектроскопии. Исследование, возглавляемое учеными из Университетской обсерватории Мюнхена (LMU) Фабианом Грюбелем и Барбарой Эрколино, основано на объединенных данных сразу четырех основных инструментов телескопа: NIRISS, NIRCam, NIRSpec и MIRI.

Ученые искали изотопологи воды – молекулы, что отличаются количеством нейтронов. Обычная вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В то же время полутяжелая вода, или HDO, содержит дейтерий – изотоп водорода, имеющий дополнительный нейтрон в ядре, что делает его немного тяжелее.

Именно эта крошечная разница в весе позволяет астрономам понять, испаряется ли вода с планеты или она прилетела из отдаленных окраин звездной системы. WASP-39b стала логичным выбором для такого сложного анализа, поскольку она является одной из наиболее изученных экзопланет.

Это дает нам самый подробный спектр пропускания любой экзопланеты на сегодняшний день, 
– отмечают авторы в своей работе.

Что показало моделирование атмосферы?

Чтобы получить точные результаты, команда, в которую также вошли специалисты из Института внеземной физики Общества Макса Планка и Физической лаборатории им. Г. Г. Уиллса Бристольского университета, использовала пакет переноса излучения petitRADTRANS и алгоритм PyMultiNest.

Они детально смоделировали другие молекулы, такие как сероводород, синильная кислота и метан, чтобы избежать ложных срабатываний в инфракрасном диапазоне между 3 и 4 микрометрами.

Результат оказался впечатляющим: сигнал HDO имеет высокую статистическую значимость в 4,81 сигмы. Рассчитанное соотношение дейтерия к водороду (D/H) составляет примерно 4,0 на 10 в минус третьей степени, что в 25 раз выше, чем в земных океанах.

Ученые обнаружили, что рассчитанное соотношение D/H на WASP-39b "значительно выше по сравнению с газовыми гигантами Солнечной системы – объектами, которые можно было бы считать ближайшими локальными аналогами WASP-39b".

Почему показатель D/H мог возрасти?

Эта аномалия может объясняться процессом атмосферной диссипации. Поскольку WASP-39b представляет собой раскаленный "рыхлый" гигант с температурой около 1000 градусов по Цельсию и низкой гравитацией, легкий водород быстро улетучивается в космос. В то же время более тяжелая полутяжелая вода удерживается силой притяжения планеты.

Другая гипотеза заключается в том, что планета сформировалась в холодной внешней зоне своего протопланетного диска, за так называемой "линией снега", где накапливался обогащенный дейтерием лед, а впоследствии мигрировала ближе к звезде.

Наблюдения протозвездных льдов из этого региона показывают степень обогащения дейтерием, что согласуется с соотношением D/H, выведенным для WASP-39b, 
– пишут исследователи.

Однако они отмечают, что "определение того, мог ли этот сценарий дать наблюдаемые значения, требует детального химического моделирования".

Хотя WASP-39b представляет собой раскаленный ад, где жизнь земного типа невозможна, суть открытия заключается в успешном тестировании самой методики, которая может быть применена на других планетах с более благоприятными условиями.

HDO на данный момент остается наиболее доступным маркером благодаря своим выраженным спектральным характеристикам, и его обнаружение может стать возможным даже на умеренных каменистых экзопланетах в ближайшем будущем, где он мог бы служить потенциальным маркером пригодности для жизни, 
– заключают ученые.

В настоящее время эта работа, направленная в авторитетные журналы Американского астрономического общества, проходит этап рецензирования на сервере препринтов arXiv, открывая новую эру в исследовании космических миров.