Астрономы охарактеризовали атмосферу молодой (возраст 20 млн лет) экзопланеты и обнаружили, что она необычно прозрачная и рыхлая. Анализируя особенности атмосферы планеты, они смогли точно измерить её массу, что превосходит традиционные динамические методы, такие как лучевая скорость, которые плохо работают с такими активными молодыми звёздами.
Они выяснили, что V1298 Tau b — это прото-субнептун, всё ещё горячий и раздутый после своего недавнего формирования.
Методы и результаты
Команда под руководством Саугаты Барата (MIT, Массачусетс, США) и его научного руководителя Жана-Мишеля Дезара (UvA, Нидерланды) использовала космический телескоп Джеймса Уэбба для изучения очень молодой планеты. Их результаты приняты к публикации в Astrophysical Journal и в настоящее время [доступны](https://arxiv.org/abs/2507.08837) на препринт-сервере arXiv.
Возраст V1298 Tau b составляет от 10 до 30 миллионов лет, и у неё необычно прозрачная и рыхлая атмосфера. Астрономы обнаружили сильные сигналы поглощения от таких молекул, как водяной пар, метан, углекислый газ, угарный газ, и даже намёки на сложные фотохимические процессы, такие как предварительные обнаружения диоксида серы (SO₂) и карбонилсульфида (OCS).
Несмотря на богатый спектр, атмосфера удивительно бедна металлами — примерно в 100 раз менее обогащена, чем зрелые субнептуны, — что говорит о том, что она всё ещё развивается и со временем может стать более богатой металлами.
Ещё один сюрприз заключается в том, что на планете в 100 раз меньше метана, чем ожидалось, что может быть результатом экстремального внутреннего тепла и сильного вертикального перемешивания в атмосфере.
Выводы
Такие высокие внутренние температуры не соответствуют стандартным моделям тепловой эволюции планет размером с субнептун, что ставит под сомнение текущее понимание их формирования и ранней эволюции. Эти результаты настоятельно мотивируют дальнейшие исследования молодых планетарных атмосфер, чтобы изучить, как состав меняется со временем.
Атмосфера V1298 Tau b, вероятно, плохо перемешана и может иметь градиенты металличности, подобные тем, которые были выведены для гигантов Солнечной системы. Это могло бы естественным образом объяснить как её низкую наблюдаемую металличность, так и высокое внутреннее тепло, согласуя наблюдения с существующими моделями формирования и эволюции.
Барат говорит: «Мы обнаружили, что V1298 Tau b имеет гораздо более прозрачную и бедную металлами атмосферу и более горячее ядро, чем это было выявлено предыдущими наблюдениями субнептунов. Это говорит о том, что эволюционные процессы всё ещё развиваются и потенциально могут трансформировать состав атмосферы этой планеты с возрастом».
Барат продолжает: «Наблюдения с помощью JWST позволили нам точно определить массу и состав атмосферы, поскольку они дали нам доступ к множеству молекулярных абсорбционных особенностей (H₂O, CH₄, SO₂, CO₂, CO) в ближнем инфракрасном диапазоне».
На основе предыдущих наблюдений с помощью «Хаббла» команда надеялась увидеть водяной пар в атмосфере планеты и, возможно, метан. Но с помощью JWST они смогли не только измерить содержание этих двух молекул, но и других углеродсодержащих молекул (CO и CO₂), а также фотохимических продуктов, таких как SO₂ и OCS.
Дезар говорит: «Когда это предложение было написано, ни одна из этих молекул, кроме воды, не была уверенно обнаружена с помощью низкоразрешающей спектроскопии в космосе».
«В целом, эти результаты ставят под сомнение наше понимание того, как формируются и развиваются планеты размером с субнептун. Мы показали, что на самых ранних стадиях эти планеты обладают атмосферами, которые значительно отличаются от атмосфер их зрелых, миллиарднолетних собратьев», — заключает Дезар.
После результатов, полученных для V1298 Tau b, команда теперь (как соинвесторы) участвует в крупной программе цикла 3 JWST, в рамках которой будет изучено семь молодых транзитных планет в возрасте от 20 до 200 миллионов лет, чтобы увидеть, как состав атмосферы меняется с возрастом.
Предоставлено:
[Netherlands Research School for Astronomy](https://phys.org/partners/netherlands-research-school-for-astronomy/)