Результаты исследования атмосферы потенциального гикеана K2-18b при помощи «Джеймса Уэбба» показали, что планета обладает заметным запасом воды, однако в каком именно виде она там находится, до конца не ясно. Кроме того, в новых данных не оказалось следов биомаркеров, хотя раньше астрономы их находили. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
K2-18b представляет собой экзопланету с массой около 8,6 массы Земли и радиусом 2,6 радиуса Земли. ЕЕ орбита лежит внутри обитаемой зоны красного карлика в 124 световых годах от Солнца. Огромный интерес к себе этот кандидат в гикеаны привлек после того, как одна из групп астрономов при помощи «Джеймса Уэбба» дважды обнаружила в его атмосфере следы диметилсульфида и диметилдисульфида, которые считаются потенциальными биомаркерами.
Однако статистическая значимость этих результатов оказалась под сомнением в ходе повторного анализа данных наблюдений другими учеными. Кроме того, перед тем, как начинать оценивать наличие биомаркеров в атмосфере экзопланеты, необходимо разобраться с ее внутренним строением, в том числе понять, действительно ли на ней есть глобальный жидкий океан. Для K2-18b могут быть применимы разные модели, в том числе субнептун с массивной газовой или паровой оболочкой, или даже скалистая планета с магматическим океаном. Для таких экзопланет с умеренным климатом нельзя напрямую выяснить при помощи трансмиссионной спектроскопии есть ли у них богатый водой слой, так как вода может создавать облака в нижних слоях атмосферы за счет конденсации, оставляя верхнюю атмосферу относительно сухой. В этом случае оценки содержания воды выводятся на основании содержания других молекул, таких как углекислый газ, а богатая водой оболочка не должна предполагаться по умолчанию в моделях.
Группа астрономов во главе с Ху Жэньюем (Renyu Hu) из Лаборатории реактивного движения NASA представила результаты анализа новых данных трансмиссионной спектроскопии атмосферы K2-18b во время четырех транзитов экзопланеты, наблюдавшихся в 2023 и 2024 годах при помощи спектрографа NIRSpec «Джеймса Уэбба» в диапазоне длин волн 1,67−5,16 микрометров. Кроме того, ученые повторно проанализировали данные наблюдений спектрографов NIRSpec, MIRI и NIRISS за другими транзитами K2-18b, опубликованные ранее.
Для подбора модельных спектров, с которыми сравнивались данные наблюдений, и определения параметров атмосферы экзопланеты ученые использовали коды ExoTR, SCARLET и AURA. Модели включали в себя большой выбор атмосферных молекул, а также учитывали возможное атмосферного поглощение за счет столкновений молекул водорода, слоев неоднородных облаков или дымки (та, в свою очередь, описывалась как сажеподобные частицы) и рэлеевского рассеяния.
Исследователи определили, что, несмотря на то, что спектры менялись от транзита к транзиту, можно говорить о надежной регистрации как метана, так и углекислого газа. Полученные для этих молекул объемные соотношения смешивания дают более высокое содержание метана и уменьшенное — углекислого газа, чем считалось ранее. Кроме того, удалось дать новую оценку металличность атмосферы — соотношение содержания C/H примерно в сто раз больше солнечного.
Одновременное присутствие метана и углекислого газа в наблюдаемых концентрациях можно объяснить либо массивной атмосферой с металличностью в сто раз выше солнечной и объемным содержанием воды от 10 до 25 процентов, либо менее массивной атмосферой, под которой скрывается глобальный водный океан. Кроме того, нет статистически значимых следов наличия диметилсульфида, метилмеркаптана и закиси азота. Более того, исследователи отмечают, что модели предсказывают абиотические пути образования диметилсульфида в массивных и сильно металличных атмосферах с преобладанием водорода у субнептунов через каталитические циклы с участием угарного газа и метильных радикалов, что вновь поднимает тему более аккуратного подхода к оценке обитаемости экзопланет. Эти результаты вновь подчеркивают важность как расширения набора моделей планетарных атмосфер, так и продолжения наблюдений за K2-18b для увеличения доступного для анализа набора данных.
Несколько лет назад вспышку интереса на почве возможной обитаемости среди ученых и общественности пережила и Венера, когда в ее атмосфере заметили следы биомаркера фосфина. Однако затем его концентрация была пересмотрена, а также объяснена моделями, не требующими наличия микроорганизмов в верхних слоях атмосферы планеты.
