Інфрачервоний космічний телескоп “Джеймс Вебб” виявив вторинну атмосферу у гарячої суперземлі 55 Рака е, яка виникла через дегазацію океану магми. На сьогодні це найбільш надійний доказ наявності атмосфери у скелястої екзопланети. Стаття опублікована в журналі Nature.
Пошуки атмосфери у відомих скелястих екзопланет важливі не тільки для розуміння їхнього походження та еволюції, а й для оцінки потенційної населеності. Отримати інформацію про наявність атмосфери в екзопланети та її властивості можна під час спостережень за подіями транзиту екзопланети по диску своєї зірки або вторинними затемненнями, коли екзопланета проходить позаду зірки. Однак через те, що скелясті екзопланети невеликі за розмірами, до цього часу не було випадків надійного виявлення атмосфери у таких тіл. Здебільшого вчені або не знаходять газової оболонки, або отримують верхні обмеження на властивості атмосфери або результати, які можна по-різному інтерпретувати.
Група астрономів на чолі з Ренью Ху (Renyu Hu) з Лабораторії реактивного руху NASA повідомила про найнадійніший на сьогодні випадок реєстрації атмосфери в скелястої екзопланети, якою стала 55 раку Рака е. Вчені аналізували дані спостережень за екзопланетою під час двох вторинних затемнень у 2022 і 2023 роках за допомогою інструментів NIRCam і MIRI “Джеймса Вебба”.
55 Рака е являє собою гарячу (рівноважна температура близько двох тисяч кельвінів) суперземлю радіусом 1,95 радіуса Землі, масою 8,8 маси Землі і орбітальним періодом 0,7 дня. Це найближча з п’яти екзопланет до батьківської зірки К-типу, що розташована за 41 світловий рік від Сонця. Раніше за екзопланетою велися неодноразові спостереження, які не виявили первинної атмосфери з водню і гелію, проте підтвердити або спростувати наявність вторинної атмосфери, що виникла вже після формування екзопланети, не вдавалося.
Виміряна яскравісна температура екзопланети склала 1796 кельвінів, що нижче, ніж значення в моделі з нульовими альбедо і відсутністю перерозподілу тепла, що характерно для позбавлених газових оболонок скелястих тіл. Лава ефективно забезпечити подібний транспорт тепла не може, що говорить на користь наявності газової оболонки. Моделі атмосфери, що найбільше підходять під дані спостережень, багаті на CO2 або СО, з тиском на рівні 0,01-100 бар, не виключається наявність H2O, SO2 або PH3.
Газова оболонка поповнюється внаслідок випаровування океану магми і стійка до інтенсивного випромінювання зірки, її наявність також пояснює мінливість теплового випромінювання від екзопланети за даними телескопа “Спітцер”. В атмосфері можуть виникати хмари, що короткоживуть, і міститися речовини-поглиначі короткохвильового випромінювання, такі як Na, K, Mg, MgO або SiO, що призводять до нагрівання верхніх шарів.