снимок HR 8799 — Самое четкое изображение в инфракрасном диапазоне знаменитой многопланетной системы HR 8799. Цвета соответствуют фильтрам камеры Webb NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона). Символом «звездочка» обозначено местоположение главной звезды HR 8799, свет которой был заблокирован коронографом. На этом изображении синий соответствует свету с длиной волны 4,1 микрометра, зеленый — свету с длиной волны 4,3 микрометра, а красный — свету с длиной волны 4,6 микрометра. Фото: NASA, ESA, CSA, STScI, У. Балмер (JHU), Л. Пуэйо (STScI), М. Перрин (STScI)Источник: https://phys.org/

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» получил первые прямые изображения углекислого газа на планете за пределами Солнечной системы в HR 8799 — многопланетной системе, расположенной на расстоянии 130 световых лет от нас. Она долгое время остается ключевой целью для изучения того, как формируются экзопланеты.

Наблюдения убедительно доказывают, что четыре планеты-гиганта системы сформировались почти так же, как Юпитер и Сатурн, — путем постепенного накопления вещества твердых ядер. «Джеймс Уэбб» доказал, что может не только определять состав атмосферы по измерениям спектров звездного света, но и напрямую анализировать химический состав атмосфер экзопланет.

Уильям Балмер, астрофизик из Университета Джонса Хопкинса, который руководил работой, отметил, что после того, как были обнаружены явные признаки наличия углекислого газа, ученые смогли предположить, что в атмосферах этих планет присутствует значительная доля более тяжелых элементов, таких как углерод, кислород и железо. Учитывая все данные о звезде, вокруг которой они вращаются, это указывает на то, что планеты образовались путем аккреции ядра. Анализ наблюдений опубликован в Astrophysical Journal.

HR 8799 — молодая система, которой около 30 миллионов лет, что составляет лишь малую часть от 4,6 миллиарда лет нашей Солнечной системы. Ее планеты, все еще горячие после своего бурного рождения, излучают большое количество инфракрасного света, что дает ученым ценные данные о том, как их формирование отличается от формирования звезд или коричневых карликов (небесных тел в промежуточном состоянии между звездой и планетой).

Планеты-гиганты могут формироваться двумя способами: либо медленно наращивая твердое ядро, которое притягивает газ, как в нашей Солнечной системе, либо быстро превращаясь из охлаждающегося протопланетного диска вокруг молодой звезды в массивные объекты. Знание того, какая модель более распространена, может помочь ученым различать типы планет и пути эволюции планетных систем.

снимок Eridani 51 b — Джеймс Уэбб сделал это изображение Eridani 51 b, холодной молодой экзопланеты, которая вращается на расстоянии 18 миллиардов километров от своей звезды. Свет с длиной волны 4,1 микрона показан красным. Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, У. Балмер (JHU), Л. Пуэйо (STScI), М. Перрин (STScI)Источник: https://phys.org/

Очень немногие экзопланеты были сфотографированы напрямую, поскольку они во много тысяч раз тусклее своих звезд. Снимая прямые изображения на определенных длинах волн, доступных только с помощью «Джеймса Уэбба», команда прокладывает путь для более детальных наблюдений, чтобы определить, являются ли объекты, которые они видят на орбитах других звезд, действительно гигантскими планетами или такими объектами, как коричневые карлики, которые изначально «задумываются» как звезды, но не накапливают достаточно массы для запуска термоядерного синтеза.

Ученые имеют и другие доказательства, указывающие на то, что четыре планеты HR 8799 сформировались аккреционным путем. Они пока не знают, насколько это распространено среди планет с большим периодом обращения, которые можно наблюдать напрямую. Но, вдохновленные обнаружением углекислого газа в их атмосферах, они надеются найти ответ на этот вопрос, проведя дополнительные наблюдения с помощью «Уэбба».

особенности Eridani 51 b — Планета Eridani 51 b вращается по очень нестабильной вытянутой орбите с эксцентриситетом 0,58Источник: https://iopscience.iop.org/

Достижение стало возможным благодаря коронографам телескопа «Джеймс Уэбба», которые блокируют свет ярких звезд, как будто во время солнечного затмения, и дают увидеть скрытые рядом с материнской звездой миры. Это позволило команде исследователей искать инфракрасный свет на длинах волн, которые выявляют химический состав и другие характеристики атмосферы.

Наблюдения позволили впервые обнаружить самую близкую к звезде планету HR 8799 e на длине волны 4,6 микрометра и планету 51 Эридана b на длине волны 4,1 микрометра, продемонстрировав чувствительность «Уэбба» при наблюдении за тусклыми планетами вблизи ярких звезд.

В 2022 году «Джеймс Уэбб» косвенно подтвердил наличие углекислого газа на экзопланете WASP-39 b, отслеживая, как ее атмосфера влияет на звездный свет, когда планета проходит через луч зрения между телескопом и звездой.

Реми Соммер, который руководит оптической лабораторией в Институте космических наблюдений и ранее руководил работой коронографа «Джеймса Уэбба», добавил, что они знали, что телескоп способен измерять спектры экзопланет, которые можно наблюдать напрямую и которые находятся далеко от родительских звезд. Но ученые 10 лет ждали подтверждения того, что телескоп получит доступ к спектрам внутренних планет, невидимых на фоне огня звезды-хозяйки. Команда надеется использовать коронографы «Джеймса Уэбба» для анализа других планет-гигантов и сравнения их состава с теоретическими моделями.

HR 8799 на карте звездного неба — Расположение системы HR 8799 на звездном небе. Невооруженным глазом ее не увидетьИсточник: https://commons.wikimedia.org/

Гигантские газовые планеты могут сыграть фатальную роль в судьбе планетной системы. Они подобны огромным шарам для боулинга, которые, двигаясь по орбитам, могут своей колоссальной гравитацией либо разрушать, либо, наоборот, защищать, более мелкие и легкие небесные тела, такие, как наша Земля. Понимание того, как они формируются и затем себя ведут, является важным шагом на пути к пониманию выживаемости и потенциальной пригодности для жизни планет, похожих на Землю.