Телескоп JWST обнаружил тяжелую воду на далекой экзопланете

Фото из открытых источников

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) — один из величайших даров человечества самому себе, позволяющий взглянуть на окружающую нас космическую среду так, как никогда прежде. Революционная инфракрасная чувствительность телескопа делает его идеально подходящим для исследования наиболее актуальных космических вопросов.

Помимо исследования самых ранних эпох Вселенной, телескоп JWST все чаще используется для изучения атмосфер инопланетян в рамках поиска внеземной жизни, что, по словам НАСА, знаменует собой начало «новой эры в исследовании экзопланет».

Среди наиболее заманчивых целей — вода, которая, по-видимому, необходима для возникновения жизни (в том виде, в каком мы ее знаем).

Теперь астрономы, использующие телескоп JWST, смоделировали свойства атмосферы экзопланеты WASP-39b и обнаружили наличие полутяжелой воды, потенциального маркера обитаемости, на этом инопланетном мире, расположенном почти в 700 световых годах от Земли. Данное исследование было опубликовано на сервере препринтов arXiv.

В ходе своего исследования они искали изотопологи воды, или различные варианты молекулы H₂O, отличающиеся количеством нейтронов.

Полутяжелая вода, или HDO, похожа на обычную молекулу H₂O, за исключением того, что один из двух ее атомов водорода является изотопом дейтерия, который стал немного тяжелее за счет добавления нейтрона. (Другой атом водорода имеет только один протон и один электрон.)

Исследователи хотели определить соотношение дейтерия и водорода (D/H) в воде в атмосфере WASP-39b, чтобы сделать какие-либо выводы о том, как сформировалась эта планета.

Выбор WASP-39b был логичным, поскольку это один из наиболее хорошо изученных внеземных миров, «эталонная экзопланета», ранее наблюдавшаяся в инфракрасном диапазоне четырьмя основными инструментами телескопа JWST.

Это дало астрономам настоящий кладезь информации.

«Это позволяет нам получить наиболее подробный спектр пропускания среди всех экзопланет на сегодняшний день», — пишут исследователи. «Тем не менее, наше понимание химии её атмосферы остаётся неполным. Измерение соотношения D/H воды на этой планете позволило бы получить бесценные данные о её химической среде и пути формирования».

Таким образом, исследователи сравнили заранее определенные атмосферные модели с реальными данными JWST, учитывая такие факторы, как температура, облачность, содержание молекул и непрозрачность атмосферы.

Они обнаружили, что предполагаемое отношение D/H для WASP-39b «значительно завышено по сравнению с газовыми гигантами Солнечной системы, объектами, которые, как можно было бы ожидать, являются ближайшими локальными аналогами WASP-39b».

Это может быть связано с процессом, называемым атмосферной утечкой.

Притягиваемая своей несколько большей молекулярной массой, более тяжелая вода с меньшей вероятностью улетучивается в космос, чем обычная вода, которая просачивается из меньших, расположенных ближе к Солнцу тел, которые слишком слабы в гравитационном отношении и подвержены облучению, чтобы удерживать ее.

WASP-39b — это раскалённая экзопланета с низкой гравитацией и раздутым ядром, поэтому логично предположить, что она может терять свою обычную воду с невероятной скоростью.

Атмосферное перемешивание и химические реакции, инициированные светом, также могли способствовать наблюдаемому соотношению D/H.

Другой вариант заключается в том, что WASP-39b сформировалась в более холодных, отдаленных областях своей экзопланетной системы, где унаследовала богатый водой материал за пределами «снежной линии» своего протопланетного диска, а затем мигрировала внутрь, к своей звезде.

«Наблюдения протозвездных льдов из этого региона показывают степень обогащения дейтерием, соответствующую соотношению D/H, выведенному из данных по WASP-39 b», — пишут исследователи.

Однако для определения того, может ли этот сценарий привести к наблюдаемым значениям, требуется детальное химическое моделирование.

Другие индикаторы соотношения D/H также могли бы дать больше информации, но на данный момент полутяжелая вода является лучшим имеющимся у нас показателем.

«Однако HDO в настоящее время остается наиболее доступным индикатором благодаря своим характерным спектральным особенностям, и его обнаружение может стать возможным даже на умеренных каменистых экзопланетах в ближайшем будущем, где он мог бы служить потенциальным маркером обитаемости», — заключают исследователи.

Конечно, WASP-39b — это раскалённый, газообразный мир, температура которого приближается к 1000 градусам Цельсия, поэтому он не является образцом для подражания в плане обитаемости.

Тем не менее, не все миры так суровы – и жизнь, какой мы её знаем, может быть не единственно возможной жизнью во Вселенной, которая постоянно доказывает свою невероятную странность.