Ученые разработали первую трехмерную карту атмосферы экзопланеты WASP-18b — известного «сверхгорячего Юпитера». С использованием телескопа «Джеймс Уэбб» им удалось обнаружить области с экстремальными температурами, где водяной пар распадается на составляющие.
Астрономы создали первую трехмерную модель планеты, находящейся вокруг звезды, отличной от Солнца. На ней изображена атмосфера с четко обозначенными температурными зонами. Одна из этих зон настолько горячая, что водяной пар в ней распадается на атомы водорода и кислорода. О данном научном прорыве в картографии экзопланет информирует команда ученых из Корнеллского университета.
Температурная карта WASP-18b — газового гиганта, известного как «сверхгорячий Юпитер» и находящегося на расстоянии 400 световых лет от Земли, — является первой моделью, полученной с применением метода спектроскопического картирования затмений.
Данная работа основана на 2D-модели, которую члены той же команды представили в 2023 году, продемонстрировав возможности картирования затмений с помощью высокочувствительных наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) NASA.
Исследователи подчеркивают, что теперь для множества экзопланет аналогичного типа, наблюдаемых с помощью JWST, возможно создание карты атмосферной динамики — аналогично тому, как земные телескопы наблюдают за Большим красным пятном на Юпитере, структурой его полосатых облаков или экваториальными потоками на газовых и ледяных гигантах нашей Солнечной системы.
Картографирование затмений позволяет получать изображения экзопланет, которые невозможно увидеть напрямую из-за яркости их родительских звезд.
Статья под названием «Горизонтальная и вертикальная тепловая структура экзопланет на основе спектроскопической карты затмений JWST» опубликована в журнале Nature Astronomy.
Обнаружение экзопланет является сложной задачей — их свет обычно не превышает 1% от яркости родительской звезды. Для создания карты затмений необходимо фиксировать незначительные доли от общего количества света, когда планета проходит перед звездой, частично закрывая ее. Ученые сопоставляют малейшие изменения в освещении с конкретными областями, чтобы сформировать карту яркости, которую при использовании различных длин волн можно преобразовать в карту температур в трех измерениях — по широте, долготе и условной высоте. Высота условна, поскольку у газовых планет нет твердой поверхности, которую можно использовать в качестве отправной точки.
Газовый гигант WASP-18b, масса которого приближается к массе десяти Юпитеров, делает полный оборот вокруг своей звезды всего за 23 часа, а средняя температура его атмосферы составляет около 2500 К. Такая жара создает мощный инфракрасный сигнал, что делает планету отличным объектом для тестирования новых технологий картографирования, несмотря на значительное расстояние до системы.
В предыдущей 2D-карте использовалась одна длина волны, тогда как в новой 3D-карте повторно проанализированы те же наблюдения, полученные с помощью бесщелевого спектрографа ближнего инфракрасного диапазона JWST (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS) на различных длинах волн ближнего ИК-спектра.
Каждый цвет соответствует определенной температуре и высоте в газовой атмосфере WASP-18b, которые можно объединить для создания трехмерной карты.
Составляя карту на основе длины волны, поглощаемой водой, можно увидеть водяной слой в атмосфере, тогда как длины волн, которые вода не поглощает, позволяют заглянуть глубже. Объединив эти данные, ученые получают трехмерную карту температур в атмосфере.
Новое исследование подтвердило наличие спектроскопически различных областей — различающихся по температуре и, возможно, по химическому составу — на дневной стороне WASP-18b, которая всегда обращена к звезде из-за приливного захвата (подобно тому, как Луна всегда повернута к Земле одной стороной).
На этой раскаленной стороне планеты находится круглая «горячая точка», куда постоянно попадает самое прямое излучение звезды, и где ветры, по-видимому, недостаточно сильны, чтобы перераспределять тепло.