Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» провел первое объемное картирование структуры атмосферы экзопланеты. Наблюдения выявили в дневной атмосфере ультрагорячего юпитера WASP-18b две разные по свойствам зоны, а также повышенный распад молекул воды и тепловую инверсию вблизи горячей точки. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
Горячие и ультрагорячие юпитеры представляют собой короткопериодные газовые гиганты, чьи внешние оболочки сильно разогреты излучением родительских звезд. Аналогов подобных экзопланет в Солнечной системе нет, но они весьма удобны для поисков и исследований как транзитным методом, так и методом радиальных скоростей. Большой интерес для планетологов представляют атмосферы таких объектов из-за сложной динамики, мощных ветров и необычных химических составов. Однако до недавнего времени подобные исследования не позволяли в полной мере оценить состав и структуру атмосфер таких экзогигантов сразу в нескольких измерениях.
Группа астрономов во главе с Райаном Челленером (Ryan C. Challener) из Корнелльского университета представила результаты успешного трехмерного картирования атмосферы горячего экзогиганта WASP-18b. Ученые повторно анализировали спектры, полученные на разных длинах волн спектрографом NIRISS телескопа «Джеймс Уэбб» в ближнем инфракрасном диапазоне во время вторичного затмения, когда экзогигант проходил позади звезды для земного наблюдателя. Исследователи оценивали температуру и структуру слоев атмосферы на разных высотах путем сопоставления двумерных карт яркости атмосферы на разных длинах волн с моделями при помощи двух независимых методов.
WASP-18b был обнаружен в 2009 году и обладает массой около 10,4 массы Юпитера. Год на этом ультрагорячем юпитере длится менее суток, он находится в приливном захвате у звезды спектрального класса F6V, расположенной на расстоянии 410 световых лет от Солнца. Предыдущие наблюдения за экзопланетой выявили в атмосфере признаки горячей точки, водяного пара и тепловой инверсии.
Оказалось, что в атмосфере наблюдаются менее выраженные продольные градиенты температуры, чем предсказывалось моделями. Предполагается, что на WASP-18b на формирование наблюдаемого температурного градиента могут сильно влиять процессы диссоциации молекулярного водорода или наличия облаков на ночной стороне экзопланеты.
Кроме того, в дневной атмосфере ультрагорячего юпитера ученые выделили две разные по температурным свойствам области: круглая горячая точка, которая окружает подзвездную точку, и кольцеобразная и более холодная зона, которая расположена вне горячей точки, ближе к видимым границам дневной стороны. Горячая точка демонстрирует явные признаки наличия тепловой инверсии (повышение температуры при уменьшении давления и увеличения высоты) и молекул, могущих быть как источниками оптической непрозрачности, так и инверсии, в виде комбинации гидрид-ионов и оксидов ванадия и титана. В ней также идут более активные, чем в других регионах, процессы диссоциации молекул воды.
Рекордсменом по температуре среди экзопланет остается ультрагорячий юпитер KELT-9b, чья эффективная температура сравнима с температурой фотосферы карликовых звезд. А еще в его атмосфере обнаружены пары иттрия, хрома и железа.
