На экзопланете нашли воду

Астрономы из США, Франции и Шотландии благодаря наблюдениям с помощью «Хаббла» подтвердили наличие воды в атмосфере экзопланеты HAT-P-26b. Кроме того, исследователи оценили долю элементов тяжелее водорода в газовой оболочке планеты — оказалось, что она невелика.Это выбивается из обнаруженной ранее закономерности. По словам авторов, скорее всего атмосфера HAT-P-26b практически не менялась с момента возникновения планеты. Исследование опубликовано в журнале Science.

Подавляющее большинство известных экзопланет было открыто одним из двух способов: транзитным методом (когда планета немного уменьшает яркость звезды, проходя между ней и земным наблюдателем) или с помощью анализа доплеровских смещений (когда гравитация планеты заставляет звезду слегка «покачиваться» вперед-назад). С их помощью можно определить некоторые параметры орбиты планеты, сделать ограничения на ее размер или массу. Однако узнать из чего состоит та или иная экзопланета с помощью доплеровских методов нельзя.

Транзиты планеты позволяют исследовать ее газовую оболочку, если она достаточно велика. В тот момент, когда планета начинает двигаться перед диском звезды, часть света последней проходит сквозь ее газовую оболочку. В зависимости от того, из каких газов состоит атмосфера, некоторые части спектра звезды начинают поглощаться. Например, характерные полосы поглощения есть у воды и углекислого газа — они лежат в инфракрасной области спектра. Сравнивая спектр звезды во время транзита и до него, астрономы могут в точности определить, в каких спектральных диапазонах поглощает атмосфера экзопланеты и делать предсказания о ее составе.

Впервые зафиксировать следы воды в HAT-P-26b удалось в 2015 году — с помощью объединенных данных телескопа «Спитцер» и наземных наблюдений. Эта экзопланета располагается примерно в 430 световых годах от Земли и представляет собой «горячий Нептун», равновесная температура на поверхности которого составляет около 1000 кельвинов (730 градусов Цельсия). Из-за небольшого ускорения свободного падения у небесного тела может быть плотная и высокая атмосфера. Планета делает оборот вокруг звезды системы — оранжевого карлика — примерно за 4,2 дня.

Черные точки — спектр пропускания, полученный космическими телескопами. Цветные полосы — спектр атмосферы, содержащей воду и углекислый газ, смоделированный учеными. Hannah R. Wakeford et al. / Science, 2017

В новой работе авторы расширили спектр наблюдений за экзопланетой и использовали космический телескоп «Хаббл» для наблюдения транзитов в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Это позволило увидеть дополнительные полосы поглощения, надежно указывавшие на наличие воды в атмосфере планеты. Стоит отметить, что HAT-P-26b нельзя назвать водным миром — из-за слишком большой температуры на планете.

Помимо наблюдения воды в атмосфере, астрономы смогли оценить металличность оболочки газового гиганта. Это относительная доля элементов тяжелее гелия в составе объекта. На основе наблюдений в Солнечной системе и у ряда экзопланет (WASP-43b и HAT-P-11b) астрономы заметили закономерность — с ростом размера планеты металличность падает. Иными словами, доля тяжелых элементов в Юпитере гораздо меньше, чем в Уране или Нептуне. Это наблюдение стало основой для некоторых гипотез об эволюции планет. HAT-P-26b выбивается из этой закономерности: при размерах сопоставимых с Нептуном, его металличность примерно такая же, как и у Юпитера.

По словам астрономов, отличия HAT-P-26b от других планет с известной металличностью и массой могут означать, что процесс ее эволюции по каким-то причинам отличался от общепринятого. Авторы указывают, что, по всей видимости, газовая оболочка HAT-P-26b такая же, как и в первые периоды существования экзопланеты. Более того, вероятно, экзопланета не сталкивалась с другими планетезималями и большая часть ее тяжелых элементов сосредоточена в ядре.

Авторы отмечают, что это уникальная ситуация, когда экзопланета изучена настолько подробно. Сам по себе такой результат — уже важное достижение.