Результаты исследования, опубликованные в журнале The Astrophysical Journal, свидетельствуют о том, что ученые впервые определили наличие CO₂ не с помощью косвенного транзитного метода, а путем выделения теплового свечения самих планет, что раньше считалось практически невозможным из-за яркости их звезд-хозяев.

Прорыв в наблюдении экзопланет

Планеты, о которых идет речь, вращаются вокруг HR 8799, молодой звездной системы, расположенной всего в 130 световых годах от Земли. Хотя ни один из этих газовых гигантов не считается пригодным для жизни, состав их атмосферы дает ключ к разгадке одного из самых интересных вопросов астрономии: как формируются планеты в других звездных системах?

С помощью коронографа «Уэбба» — устройства, блокирующего свет звезды, — исследователи отфильтровали подавляющее сияние центральной звезды, чтобы обнаружить слабый свет самих планет. Это позволило им выделить и проанализировать химический состав их атмосфер.

«Это все равно что поднести большой палец к солнцу, когда смотришь на небо», — говорит ведущий автор исследования Уильям Балмер из Университета Джона Хопкинса.

Этот метод позволил обнаружить углекислый газ на всех четырех известных планетах в системе HR 8799, что стало самым убедительным прямым доказательством его присутствия в атмосферах инопланетян.

Углекислый газ — это не просто выхлопной газ планеты, это отпечаток ее формирования. На холодной окраине звездной системы он может замерзать, превращаясь в твердые частицы, слипаться и помогать формировать ядра планет. Это подтверждает «аккреционную» модель формирования планет, в которой ледяной материал постепенно сливается, образуя твердое ядро, которое впоследствии притягивает массивную газообразную оболочку.

По словам Балмера, обнаружение CO₂ в молодых газовых гигантах дает новое подтверждение тому, что такие планеты могут формироваться аналогично Юпитеру и Сатурну, что говорит о том, что наша Солнечная система может быть не уникальной в своем развитии.

Новый способ увидеть инопланетные миры

Ранее углекислый газ наблюдался на таких экзопланетах, как WASP-39b, но только во время транзитов — когда планета проходит перед своей звездой. Такой подход позволяет зафиксировать, как звездный свет фильтруется через атмосферу планеты. Но у него есть ограничения: лишь небольшое подмножество экзопланет проходит через свои звезды с точки зрения Земли.

Новый метод, позволяющий обнаружить собственное инфракрасное излучение планеты, значительно расширяет круг объектов, которые можно изучать, и виды атмосфер, которые можно анализировать.

Балмер сравнил эту трудность с использованием фонарика для обнаружения светлячков возле маяка: «На самом деле мы видим свет, излучаемый самой планетой, а не отпечаток света звезды-хозяина».

Хотя эти газовые гиганты вряд ли могут поддерживать жизнь, их крупные луны могут. Некоторые из лун Юпитера, например Европа, могут иметь подповерхностные океаны с подходящими условиями для развития микробной жизни. Аналогичные луны на далеких экзопланетах могут иметь сопоставимые условия.

Космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс Роман», запуск которого намечен на 2027 год, также будет использовать коронаграфию для наблюдения за экзопланетами, особенно небольшими, размером с Землю. Ученые надеются, что эти новые методы позволят в один прекрасный день обнаружить биосигнатуры в атмосферах земных миров.

Эти новаторские наблюдения открывают беспрецедентные возможности для понимания атмосферного состава экзопланет, что, в свою очередь, позволяет глубже понять процессы планетарного формирования. Изучение систем, подобных HR 8799, становится ключевым для разгадки тайн разнообразия планетных систем во Вселенной.

Обнаружение CO₂ в атмосферах HR 8799d, HR 8799c, HR 8799b и HR 8799e знаменует собой важную веху, демонстрирующую возможности «Уэбба» для проведения прямых атмосферных измерений. Это открывает дорогу для будущих исследований, направленных на выявление более сложных молекул, которые могут указывать на потенциальную обитаемость.

Ученые с энтузиазмом смотрят в будущее, надеясь применить этот метод для изучения более близких и, возможно, более благоприятных для жизни планет. Способность отделить свет планеты от света ее звезды позволяет проводить детальный анализ атмосферы даже в самых сложных сценариях.

В конечном счете, эти открытия приближают нас к ответу на один из самых фундаментальных вопросов: одиноки ли мы во Вселенной? По мере развития технологий и совершенствования методов наблюдений человечество становится все ближе к обнаружению признаков жизни за пределами Земли.