Атмосфера горячего гиганта HD 149026 b отличается высокой металличностью
Категория: ЭкзопланетыВ атмосфере планеты HD 149026 b обнаружены углекислый газ и водяной пар. Металличность атмосферы превышает солнечную в 59-276 раз, 66 ± 2% массы планеты приходится на тяжелые элементы.
Владислава Ананьева
Газовые гиганты Солнечной системы состоят преимущественно из водорода и гелия, т.е. имеют практически звездный химический состав. Обогащенность тяжелыми элементами относительно Солнца обратно пропорциональна массе планеты (в частности, Сатурн содержит больше тяжелых элементов на единицу своей массы, чем Юпитер). Ожидается, что это справедливо и для внесолнечных планет-гигантов. Однако химический состав экзопланет отличается большим разнообразием, а диапазоны масс планет различных типов широко перекрываются. Планета с массой порядка массы Сатурна может оказаться как легким газовым гигантом, так и тяжелым нептуном, состоящим преимущественно из тяжелых элементов.
Одним из примеров тяжелого нептуна является планета HD 149026 b, открытая в 2005 году – при массе 0.356 масс Юпитера ее радиус составляет 0.72 радиусов Юпитера, что необычно мало для раздутого газового гиганта. HD 149026 b вращается вокруг своей звезды на расстоянии всего 6.36 звездных радиусов, ее эффективная температура достигает 1706 К, большинство других планет с такой массой и степенью нагрева имеют радиусы 1.25-1.75 радиусов Юпитера. Компактность планеты говорит о том, что HD 149026 b значительно обогащена тяжелыми элементами.
27 марта 2023 года в онлайн-версии журнала Nature была опубликована статья, посвященная изучению состава атмосферы этой планеты с помощью JWST. Авторы пронаблюдали два вторичных минимума в системе HD 149026, т.е. уменьшение полного блеска системы при заходе планеты за звезду. Наблюдения были проведены 15 июля и 4 августа 2022 года с помощью инструмента NIRCam. Это позволило измерить температуру дневного полушария планеты и получить его спектр в диапазоне от 2.349 до 5.082 мкм. Температура оказалась равной 1784 К, а в спектре проявилась мощная полоса углекислого газа, также был обнаружен водяной пар. Других веществ (в частности, сернистого газа, сероводорода и метана) найдено не было.
- Эмиссионный спектр дневного полушария HD 149026 b. Черными точками с интервалами ошибок показаны измерения NIRCam, цветными линиями – предсказания различных атмосферных моделей. В спектре планеты обнаружены полосы углекислого газа и водяного пара.
Наличие большого количества углекислоты говорит о высокой металличности планеты HD 149026 b. Содержание тяжелых элементов в ее атмосфере в 59-276 раз превышает солнечное значение. Отношение C/O = 0.84 ± 0.03, что также выше солнечного (0.59 ± 0.08). По расчетам авторов исследования, 66 ± 2% массы этой планеты приходится на тяжелые элементы.
- Планета HD 149026 b (показана красным ромбом) на плоскости «Масса – Радиус» среди других транзитных планет с измеренной массой. Цвет планет отражает степень их нагрева, цветовая шкала расположена справа от графика. Также для сравнения буквой S показан Сатурн.
Интересно, что наиболее распространенными газами в составе атмосферы HD 149026 b являются водород (70%), угарный газ (15%) и гелий (14%), еще примерно 1% приходится на водяной пар. Содержание углекислого газа составляет 0.01-0.1% на разных высотах. На глубине свыше 10-3 бар присутствует сероводород в количестве 0.1-0.4%.
- Содержание различных веществ в атмосфере HD 149026 b в зависимости от высоты (уровня давления).
Источник: https://www.nature.com/articles/s41586-023-05984-y
Если не открывается, то https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2303/2303.14206.pdf