В ходе последнего исследования экзопланеты K2-18b, которая в 8,6 раза массивнее Земли, специалисты НАСА с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» выявили присутствие углеродсодержащих молекул, в частности метана и углекислого газа. Открытие «Уэбба» дополняет данные недавних исследований, позволивших предположить, что K2-18b — гикеанская экзопланета, т. е., возможно, что её атмосфера насыщена водородом, а поверхность покрыта водным океаном.
Первая информация о свойствах атмосферы этой находящейся в «зоне обитаемости» экзопланеты, полученная благодаря космическому телескопу НАСА «Хаббл», побудила продолжить исследование данной системы, в результате чего наше представление о ней существенно изменилось.
K2-18b, до которой 120 световых лет, находится в созвездии Льва. Она вращается вокруг холодной карликовой звезды K2-18 в зоне обитаемости. В нашей Солнечной системе у таких экзопланет, как K2-18b, попадающих по своим размерам в диапазон Земля — Нептун, никаких аналогов нет. Вот почему эти «субнептуновые» экзопланеты изучены очень плохо и в астрономической среде активно обсуждаются характеристики их атмосфер.
Предположение о том, что субнептуновая планета K2-18b гикеанская, весьма интригует, поскольку, по мнению некоторых астрономов, эти миры чрезвычайно перспективны в плане поиска жизни на экзопланетах.
«Наши открытия подчёркивают важность учёта разнообразных пригодных для обитания сред в поисках жизни вне Земли, — объясняет Никку Мадхусудхан, астроном Кембриджского университета и ведущий автор статьи, в которой сообщается об этих результатах. — Обычно внеземную жизнь искали в первую очередь на небольших скалистых планетах, но более крупные гикеанские миры значительно благоприятнее для наблюдений за атмосферой».
Обилие метана и углекислого газа, а также малое количество аммиака подтверждают гипотезу о том, что под насыщенной водородом атмосферой K2-18b может находиться водный океан. Кроме того, уже первые наблюдения, проведённые с помощью «Уэбба», позволили обнаружить молекулу под названием диметилсульфид (ДМС). На Земле появление этих молекул неразрывно связано с возникновением жизни. Основная часть ДМС в атмосфере Земли — продукт жизнедеятельности океанского фитопланктона.
Вывод о наличии ДМС не очень надёжен и требует проверки. «Предстоящие наблюдения «Уэбба», вероятно, позволят более определённо говорить о присутствии в атмосфере K2-18b значительного количества ДМС», — пояснил Мадхусудхан.
То, что K2-18b находится в зоне обитаемости и, как теперь известно, на этой планете имеются молекулы, содержащие углерод, не обязательно означает, что она может поддерживать жизнь. Её большой размер — радиус в 2,6 раза превышает радиус Земли — позволяет предполагать, что внутри неё, как и внутри Нептуна, огромная мантия из льда, спрессованного высоким давлением, но здесь, в отличие от Нептуна, — более тонкая насыщенная водородом атмосфера и поверхность океана. По расчётам специалистов, в гикеанских мирах должны быть водные океаны. Однако океан может оказаться слишком горячим, чтобы быть пригодным для жизни или быть жидким.
«Хотя такого рода планеты не существуют в нашей Солнечной системе, субнептуны являются планетами, которые, по имеющимся у нас данным, наиболее широко представлены в галактике, — отмечает член команды Субхаджит Саркар из Кардиффского университета (Cardiff University). — Мы получили самую подробную на сегодняшний день информацию о спектре субнептуновой планеты зоны обитаемости, что дало нам возможность определить молекулы, которые присутствуют в атмосфере этой планеты».
Выявление характерных свойств атмосфер экзопланет, подобных K2-18b, то есть определение атмосферных газов и физических условий, представляет собой область астрономических исследований, которая бурно развивается. Однако эти экзопланеты затмеваются — в буквальном смысле — их гораздо более крупными и яркими родительскими звёздами, в результате чего исследовать экзопланетные атмосферы чрезвычайно сложно.
Команда учёных обошла эту проблему путём анализа света родительской звезды K2-18b во время его прохождения через атмосферу данной экзопланеты. K2-18b — транзитная экзопланета, то есть мы можем наблюдать падение её яркости, когда она движется на фоне своей звезды.
Именно так в 2015 году учёные открыли K2-18b с помощью миссии НАСА K2. Следовательно, во время транзитов крошечная часть звёздного света проходит через экзопланетную атмосферу и лишь потом фиксируется телескопами, подобными «Уэббу». Прохождение звёздного света через атмосферу экзопланеты оставляет следы. Собрав их вместе, астрономы могут определить, какие газы содержит экзопланетная атмосфера.
«Получить эти данные стало возможным только благодаря расширенному диапазону волн и беспрецедентной чувствительности «Уэбба», позволившим всего за два транзита надёжно выявить характерные спектральные свойства, — говорит Мадхусудхан. — Для сравнения: одно транзитное наблюдение с помощью «Уэбба» сопоставимо по точности с восемью наблюдениями с помощью «Хаббла», проведёнными в течение нескольких лет и в относительно узком диапазоне длин волн».
«Эти данные получены в результате всего лишь двух наблюдений K2-18b, и на очереди — много других, — объясняет член команды Саввас Константину (Savvas Constantinou) из Кембриджского университета. — То есть проделанная нами работа — всего лишь начальная демонстрация того, что можно наблюдать с помощью «Уэбба» на экзопланетах в зоне обитаемости».
Результаты работы этой группы учёных были приняты к публикации в «Astrophysical Journal Letters».
Дальнейшие исследования команда намерена провести с помощью установленного на «Уэббе» спектрографа MIRI, работающего в среднем инфракрасном диапазоне. Учёные надеются, что этот инструмент позволит им подкрепить их выводы и получить новые знания об экологических условиях K2-18b.
«Наша конечная цель — найти жизнь на экзопланете в зоне обитаемости, что существенно повлияло бы на понимание нами нашего места во Вселенной, — заключил Мадхусудхан. — В этом поиске сделанные нами открытия представляют собой многообещающий шаг на пути к более глубоким знаниям о гикеанских мирах».
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» — на сегодняшний день лучшая в мире космическая научная обсерватория. «Уэбб» разгадывает тайны Солнечной системы, заглядывает за её пределы, в далёкие миры вокруг других звёзд, исследует таинственные структуры и происхождение нашей Вселенной, а также то место, которое мы занимаем в ней. «Уэбб» — это международная программа, осуществляемая НАСА и её партнерами, ЕКА (Европейским космическим агентством) и Канадским космическим агентством.