Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» позволила астрономам впервые изучить атмосферу горячего субнептуна TOI-421 b, находящегося примерно в 244 световых годах от Земли. Это важное открытие, так как атмосферы таких миров обычно скрыты дымкой, которая препятствует наблюдениям спектральных линий.
Субнептуны — планеты размером между Землёй и Нептуном — одни из самых распространенных в Галактике. В Солнечной системе таких миров нет, поэтому астрономы, изучающие экзопланеты, уделяют им много внимания. Правда, рассматривать их трудно: аэрозоли в атмосферах таких планет маскируют следы химических веществ.
Большинство изученных субнептунов, например GJ 1214b с плотной дымкой или TOI-270 d с высокой металличностью (металлами астрономы называют все элементы тяжелее гелия), вращаются вокруг холодных звезд. Их равновесные температуры колеблются от 7 °C (K2-18 b) до 347 °C (GJ 9827d), хотя субнептуны с дымкой обычно находятся в диапазоне от 7 до 527 °C.
GJ 9827d называют богатой металлами в других исследованиях. Диметилсульфид, молекула, связываемая с жизнью на Земле, был найден недавно на K2-18 b. Происхождение диметилсульфида на других планетах остается неизвестным. рассказывал Naked Science.
TOI-421 b отличается от других планет: поверхность этого мира нагрета до 647 °C, а полный оборот вокруг звезды он совершает за 5,2 суток. Это самый горячий субнептун, изученный «Уэббом», его атмосфера кристально прозрачна.
Инструменты NIRISS и NIRSpec телескопа «Уэбб» впервые позволили детально изучить объект. Полученный спектр в диапазоне 0,83–5 микрометра подтвердил отсутствие аэрозольной дымки, которая свойственна субнептунам. Благодаря прозрачной, как стекло, атмосфере удалось точно измерить содержание водяного пара, ранее затрудняемое аэрозолями.
Астрономы сделали вывод, что атмосфера субнептуна состоит в основном из водорода и гелия с низкой молекулярной массой — подобно Солнцу. Метан (CH₄) и диоксид углерода (CO₂) ученые не обнаружили. Слабые признаки оксида серы (SO₂) и монооксида углерода (CO), выявленные NIRSpec, требуют подтверждения из-за шумных данных. NIRISS в свою очередь дала четкие результаты.
Расчеты выявили у TOI-421 b твердое ядро из камня и железа, покрытое тонкой оболочкой водорода, гелия и небольшим количеством воды. Это свидетельствует о первичной атмосфере, сформированной вместе с планетой и сохранившейся в условиях интенсивного звездного излучения.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters, Поддерживают существующие теории формирования субнептунов, среди которых — модель «долины радиусов», описывающая разрыв в размерах между скалистыми суперземлями и газовыми субнептунами. Эта модель объясняет, почему некоторые миры лишаются водородных оболочек, превращаясь в суперземли, тогда как TOI-421 b сохраняет свою.
Исследователи предполагают, что звездная среда существенно влияет на формирование и развитие таких планет.