Область изучения экзопланет продолжает развиваться семимильными шагами: на сегодняшний день открыто и подтверждено более 5900 экзопланет. Благодаря усовершенствованным методам, приборам и телескопам нового поколения область переходит от обнаружения экзопланет к их описанию. Это была одна из главных научных задач космического телескопа Джеймса Уэбба, и он не разочаровал! Благодаря передовой оптике и сложным приборам «Уэбба» учёные могут получать прямые изображения экзопланет и получать новые сведения о том, как они формируются и из чего состоят их атмосферы.
В частности, «Уэбб» позволил изучать молодые планетные системы, которые ещё находятся в процессе формирования, в инфракрасном диапазоне длин волн. В одном из недавних исследований группа астрофизиков сообщила об обнаружении двух планет-гигантов вокруг звезды, похожей на Солнце (YSES-1), на расстоянии более 310 световых лет от Земли. С помощью спектрометра ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) «Уэбба» команда смогла получить необычайно детальное изображение этих двух молодых планет и обнаружила наличие силикатных облаков в их атмосферах. Изучение этих планет позволяет получить новые сведения об эволюции планетных систем на ранней стадии.
Исследование проводилось под руководством доктора Килана К. В. Хоха, астрофизика и стипендиата Джаккони, и нескольких коллег из Научного института космического телескопа (STScI). К ним присоединились исследователи из Института астрофизических исследований, Ядра тысячелетия по изучению молодых экзопланет и их лун (YEMI), Института астрономии Макса Планка (MPIA), Лунной и планетарной лаборатории, Лейденской обсерватории, Калифорнийский технологический институт (Калтех), Обсерватория Лазурного берега, Парижская обсерватория, Европейская южная обсерватория (ESO), Европейское космическое агентство (ESA), Центр космических полётов НАСА-Годдарда и множество университетов.
Изучение молодых планетных систем важно для понимания того, как возникла Солнечная система. Наблюдая за формированием планет в режиме реального времени, учёные могут определить, какие химические ингредиенты в этом участвовали и как долго длился процесс. Предыдущие исследования позволили многое узнать о молодых планетах, включая косвенные свидетельства наличия облаков, фотохимии и разнообразных химических элементов. Хотя коричневые карлики раньше наблюдались напрямую, до «Уэбба» было невозможно получить изображения молодых экзопланет. Учитывая, что YSES-1 ещё молода (её возраст около 27 миллионов лет), любые планеты, вращающиеся вокруг звезды, будут ещё «тёплыми», что позволит обнаружить их в инфракрасном диапазоне волн.
Используя прибор NIRSpec, исследователи получили широкие спектры атмосфер двух гигантских экзопланет вокруг молодой звезды, обозначенных как YSES-1 b и c. Результаты работы команды демонстрируют возможности «Уэбба», который предоставил наиболее подробные данные о многопланетной системе на сегодняшний день. Соавтор исследования доктор Эверт Наседкин, постдокторский научный сотрудник Школы физики Тринити-колледжа в Дублине (TCD), отметил в пресс-релизе:
Когда мы посмотрели на меньший, более далёкий спутник, известный как YSES 1-c, мы обнаружили характерные признаки силикатных облаков в среднем инфракрасном диапазоне. По сути, они состоят из частиц, похожих на песок, и это самая сильная особенность поглощения силикатов, наблюдаемая на экзопланетах. Мы полагаем, что это связано с относительной молодостью планет: молодые планеты имеют несколько больший радиус, и эта расширенная атмосфера может позволить облаку поглощать больше света, излучаемого планетой.
Используя подробное моделирование, мы смогли определить химический состав этих облаков, а также детали формы и размеров облачных частиц. В целом, эта работа подчёркивает невероятные возможности «Уэбба» по определению характеристик атмосфер экзопланет. Поскольку существует лишь несколько экзопланет, которые можно непосредственно наблюдать, система YSES-1 позволяет получить уникальные сведения о физике атмосферы и процессах формирования этих далёких гигантов.
Команда также отметила наличие околопланетного диска вокруг YSES-1 b, одной из двух гигантских экзопланет. Это может быть материал, поглощаемый планетой – такой процесс может привести к образованию лун, подобным ледяным лунам, вращающимся вокруг Юпитера, Сатурна и других газовых гигантов Солнечной системы. На данный момент вокруг объектов, значительно более молодых, чем YSES-1 b, было обнаружено ещё три таких диска, что ставит новые вопросы о том, как долго существуют околопланетные диски. Как отметил доктор Хох, эти наблюдения дают возможность узнать больше о том, как формировалась Солнечная система миллиарды лет назад:
«Планеты системы YSES-1 также слишком сильно разделены друг от друга, чтобы их можно было объяснить с помощью существующих теорий формирования, поэтому дополнительные открытия отдельных силикатных облаков вокруг YSES-1 c и небольшого горячего пылевого материала вокруг YSES-1 b приводят к новым загадкам и сложностям в определении того, как формируются и эволюционируют планеты. В этом исследовании также принимала участие команда начинающих исследователей, таких как постдоки и аспиранты, которые составляют первые пять авторов статьи. Эта работа была бы невозможна без их творчества и упорного труда, что и помогло сделать эти невероятные междисциплинарные открытия».