Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) надав нові дані про екзопланету WASP-107b, виявивши масивне ядро і атмосферу, що характеризується активним вертикальним перемішуванням. Ці дані свідчать про те, що планета, яку класифікують як супер-Нептун, утворилася шляхом акреції матеріалу на ядро і розширилася завдяки внутрішньому нагріванню. Дослідження, що детально описує ці спостереження, опубліковане в журналі Nature.
WASP-107b, відкрита у 2017 році, обертається навколо помаранчевої карликової зорі на відстані приблизно 208 світлових років від Сонця з періодом майже шість днів. Ця екзопланета належить до категорії теплих супернептунів. Попередні дослідження виявили в її атмосфері гелій, водяну пару, діоксид сірки та силікатні хмари, але метан, очікуваний хімічними моделями, був помітно відсутній. WASP-107b має масу 1,78 маси Нептуна, але демонструє незвично низьку густину. Це свідчить про те, що газова оболонка з водню і гелію становить понад 85% його маси, що більше схоже на Юпітер і Сатурн, ніж на Уран і Нептун. Це викликає питання про те, як таке маленьке ядро (менше п’яти мас Землі) могло накопичити таку масивну атмосферу шляхом акреції з протопланетного диска, можливо, натякаючи на атмосферну інфляцію через приливне нагрівання.
Дві команди астрономів під керівництвом Луїса Велбенкса з Університету Аризони та Девіда Сінга з Університету Джона Гопкінса проаналізували спостереження WASP-107b за допомогою інструментів NIRSpec, NIRCam і MIRI на JWST, а також дані космічного телескопа Габбл.
Їхній аналіз показав наявність в атмосфері WASP-107b водяної пари, оксиду вуглецю, вуглекислого газу, аміаку, діоксиду сірки та метану. Вміст метану становить близько однієї частини на мільйон, що на три порядки нижче, ніж передбачають рівноважні хімічні моделі. Переглянута модель будови планети, заснована на цих спостереженнях, включає зовнішню оболонку з металічністю в 43 рази більшою, ніж у Сонця, і ядро масою 11,5 мас Землі, що складається приблизно порівну з води і гірських порід. Ця оцінка маси ядра значно вища, ніж вважалося раніше.
Внутрішня температура WASP-107b становить близько 460 Кельвінів. В атмосфері спостерігається сильне вертикальне перемішування, яке виснажує рівень метану, а також активні фотохімічні реакції. Отже, екзопланету можна описати за допомогою моделі акреції ядра, а її розширений розмір є результатом внутрішнього нагрівання через приливну взаємодію із зорєю-господарем.
Розуміння особливих фізичних характеристик деяких екзопланет, які не відповідають сучасним теоріям формування планет, передбачає визначення хімічного складу їхніх атмосфер. Цього можна досягти за допомогою просвічувальної спектроскопії, яка вимірює зоряне світло, що проходить через атмосферу планети під час транзиту, причому різні елементи та сполуки поглинають світло з певною довжиною хвилі, відбиваючись в отриманому спектрі.
Таким чином, відкриття WASP-107b зі спостережень JWST надають важливу інформацію про формування та склад цього супер-Нептуна. Наявність масивного ядра і динамічні атмосферні процеси підкреслюють складність екзопланетних систем і пропонують глибше розуміння механізмів формування планет. Ці результати, опубліковані в журналі Nature, є значним досягненням у науці про екзопланети і підкреслюють можливості космічного телескопа імені Джеймса Вебба в дослідженні далеких світів.