Недавно обнаруженная экзопланета может дать астрономам редкую возможность увидеть, как происходит эволюция планет. Исследования показывают процессы, которые превращают молодые миры, богатые водородом, либо в газообразные мини-Нептуны, либо в плотные скалистые суперземли. Планета, названная V1298 Tau b, по-видимому, находится на стадии «промежуточного звена» в развитии планет, согласно новым наблюдениям космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).
Прото-суб-Нептун с неопределённой судьбой
Расположенная в молодой звёздной системе возрастом примерно от 10 до 30 миллионов лет, V1298 Tau b всё ещё претерпевает ключевые изменения в своей структуре и атмосфере. Астрономы полагают, что в конечном итоге она может стать одним из двух типов планет: суб-Нептуном с толстой газовой оболочкой, как у Нептуна, или суперземлёй — скалистой планетой, большей, чем наша.
Масса планеты оценивается в несколько раз больше массы Земли, но всё же меньше 17 масс Земли, как у Нептуна. Хотя общие размер и масса планеты относят её к знакомой категории, внутреннее тепло и состав атмосферы указывают на уникальный путь эволюции.
Неожиданная ясность атмосферы и низкое содержание металлов
Используя мощные инфракрасные инструменты JWST, команда изучала молекулярные сигнатуры в атмосфере планеты, нацеливаясь на такие соединения, как водяной пар (H₂O), метан (CH₄), углекислый газ (CO₂), монооксид углерода (CO) и диоксид серы (SO₂). Эти измерения показали удивительно ясную атмосферу, в которой преобладает водород, с содержанием метана в 100 раз меньше ожидаемого и общим содержанием металлов значительно ниже, чем у более зрелых суб-Нептунов.
В астрономическом контексте металлы относятся ко всем элементам тяжелее гелия. В то время как у зрелых суб-Нептунов часто наблюдаются обогащённые металлами атмосферы, у V1298 Tau b этого не наблюдается — особенность, которая может указывать либо на раннюю стадию формирования, либо на совершенно иную траекторию эволюции.
Ведущий исследователь Саугата Барат из Амстердамского университета объяснил, что результаты указывают на то, что эволюция планеты «всё ещё разворачивается и потенциально изменит состав атмосферы этой планеты с возрастом». Он добавил, что возможность JWST получать доступ к множественным молекулярным особенностям поглощения в ближнем инфракрасном диапазоне имеет решающее значение для точного определения массы планеты и состава её атмосферы.
Быстрая трансформация или потеря атмосферы
Моделирование, проведённое исследовательской группой, показывает, что V1298 Tau b может развиваться в одном из нескольких направлений. В некоторых сценариях планета постепенно становится классическим суб-Нептуном. В других — она быстро теряет свою газовую оболочку — всего за 7,5 миллиона лет — оставляя после себя скалистое ядро, которое больше напоминает суперземлю.
Разнообразие потенциальных исходов подчёркивает, насколько динамичным и непредсказуемым может быть формирование планет, особенно на ранних этапах. Как отметил соавтор Жан-Мишель Деsert из Амстердамского университета, «эти результаты бросают вызов нашему пониманию того, как формируются и развиваются суб-Нептуны». Он подчеркнул, что у молодых планет, подобных V1298 Tau b, атмосферы могут заметно отличаться от атмосфер их более старых, миллиардолетних собратьев.
Наблюдение за другими экзопланетами
Исследовательская группа в настоящее время возглавляет масштабную программу наблюдений JWST за группой из семи молодых экзопланет, возраст которых составляет от 20 до 200 миллионов лет. Эти наблюдения направлены на отслеживание изменений в атмосферах планет с течением времени и проливают свет на разнообразие эволюционных путей, которые могут выбрать молодые планеты.