Астрономические наблюдения подтвердили наличие аммиака в атмосфере суперюпитера Эпсилон Индейца Ab, и впервые зафиксировали признаки плотных облаков, состоящих из водяного льда. Это открытие корректирует существующие представления о газовых гигантах, расположенных за пределами Солнечной системы, и демонстрирует, что эти планеты значительно сложнее, чем предполагалось ранее, а их атмосферы не соответствуют прогнозам, основанным на действующих моделях.
Газовый гигант Эпсилон Индейца Ab обладает массой, в 7,6 раза превышающей массу Юпитера. Он вращается вокруг звезды, расположенной на расстоянии всего 12 световых лет от Земли. Такие планеты представляют особый интерес для исследователей, поскольку температура их атмосферы колеблется от минус 73 до плюс 27 градусов Цельсия, что сопоставимо с температурами на некоторых объектах в Солнечной системе.
В подобных условиях, как предполагается, в атмосфере должны отчетливо обнаруживаться молекулы аммиака, а также возможно образование облаков, состоящих из водяного льда. До этого момента астрономы считали, что такие миры можно достаточно точно моделировать, не учитывая плотные облака, но первые наблюдения уже указывали на то, что реальность гораздо сложнее.
В новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, для изучения ученые применили данные, собранные инфракрасным спектрометром MIRI, установленным на космическом телескопе «Джеймс Уэбб». Сопоставив свечение Эпсилон Индейца Ab на длинах волн 10,6 и 11,3 микрометра – в диапазоне, где наблюдается характерный «отпечаток» аммиака – астрономы установили, что планета излучает свет в диапазоне 11,3 микрометра значительно интенсивнее, чем в 10,6. Это позволило подтвердить наличие аммиака в атмосфере.
После этого ученые сделали неожиданное открытие. Полученный сигнал был менее интенсивным, чем показывали расчетные данные. Для выяснения причины авторы работы изучили ряд предположений, в частности, возможность аномального химического состава атмосферы с низким содержанием азота. Тем не менее, наиболее вероятной причиной, по их мнению, являются плотные облака, состоящие из водяного льда, которые отчасти «затемняют» линии поглощения аммиака и, как следствие, уменьшают яркость газового гиганта в других диапазонах длин волн.
Если облака действительно оказывают такое существенное влияние, то атмосфера холодных суперюпитеров может иметь иную структуру: вместо сравнительно прозрачных оболочек эти планеты могут быть покрыты плотными слоями из ледяных облаков. Они изменяют распределение тепла, воздействуют на химические процессы и затрудняют обнаружение определенных молекулярных сигналов.
Анализ продемонстрировал, что Эпсилон Индейца Ab не является уникальным объектом. Сопоставив её с другими недавно обнаруженными газовыми гигантами, ученые выявили схожую особенность: эти экзопланеты, как правило, характеризуются пониженной яркостью в диапазоне длин волн от трех до пяти микрометров.
Таким образом, ледяные облака могут встречаться и в других подобных мирах. После уточнения характеристик суперюпитера и перерасчета его массы с орбитой, ученые установили, что его орбита может быть достаточно эллиптической, а масса – около 7,6 масс Юпитера. Это, скорее всего, оказывает влияние на процесс формирования всей системы.
Обнаружение ледяных облаков у экзопланеты Эпсилон Индейца Ab стало одним из первых случаев непосредственного изучения погодных условий на холодных планетах за пределами Солнечной системы. До запуска телескопа «Уэбб» подобные наблюдения были крайне затруднены. В дальнейшем будет проведена проверка полученных данных. В случае подтверждения выводов, потребуется пересмотр существующих моделей атмосфер гигантских планет. Это важно не только для изучения отдельных экзопланет, но и для формирования более полного представления о структуре планетных систем во Вселенной.