Ученые изучили раскаленную планету-гигант WASP-121b и пришли к выводу, что она сформировалась, поглощая легкие газы — например, метан, который испарялся из крошечных космических частиц, — а параллельно на нее падали крупные каменистые объекты.

С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» исследователи проанализировали атмосферу планеты и обнаружили на ее дневной стороне воду (H₂O), угарный газ (CO) и монооксид кремния (SiO).

А на ночной стороне нашли метан (CH₄).

Это первое в истории подтвержденное обнаружение SiO в атмосфере любой планеты — хоть в Солнечной системе, хоть за ее пределами.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

WASP-121b вращается так близко к своей звезде, что расстояние между ними всего в два раза больше диаметра самого светила.

Из-за этого дневная сторона планеты раскалена до 3000 °C, а ночная «остывает» до 1500 °C.

Обнаружение SiO в атмосфере WASP-121b — настоящий прорыв, — говорит соавтор работы доктор Анджали Пьетт из Бирмингемского университета. — А присутствие метана на ночной стороне и вовсе неожиданность: при таких температурах его там быть не должно. Это говорит о вертикальном перемешивании — газах, которые поднимаются из глубоких слоев атмосферы.

Соотношение углерода, кислорода, кремния и водорода в атмосфере указывает на то, что при формировании планеты ее обогащали:

• легкие элементы, которые приносили мелкие частицы,
• тяжелые вещества, доставленные более крупными объектами.

На дневной стороне так жарко, что даже тугоплавкие соединения, которые обычно остаются твердыми, превращаются в газ, — объясняет ведущий автор исследования доктор Томас Эванс-Сома из Университета Ньюкасла (Австралия).

Ученые использовали метод фазовой кривой: наблюдали, как меняется яркость планеты при вращении вокруг звезды. Это позволило изучить химический состав и дневной, и ночной сторон.

Успех «Джеймса Уэбба» в анализе атмосферы WASP-121b открывает дорогу для новых исследований экзопланет, — добавляет Пьетт.

Этот анализ не просто добавляет еще одну строчку в каталог экзопланет — он меняет представление о том, как формируются газовые гиганты в экстремальных условиях.

• Понимание химии атмосфер: SiO в газообразном состоянии — индикатор температур, при которых даже камни испаряются. Это поможет моделировать условия на других ультра-горячих юпитерах.
• Механизмы переноса вещества: Метан на ночной стороне доказывает, что атмосферные слои перемешиваются активнее, чем считалось. Значит, климатические модели таких планет придется уточнять.
• Эволюция планетных систем: Обогащение атмосферы за счет «планетезималей» (каменистых обломков) подтверждает теорию, что гиганты могут „воровать“ материал у соседних формирующихся планет.

Главный вопрос — насколько репрезентативна WASP-121b. Ее сверхблизкая орбита и чудовищные температуры делают ее скорее исключением, чем типичным газовым гигантом. Не факт, что выводы применимы к более холодным экзопланетам. Кроме того, метод фазовой кривой пока не позволяет точно определить распределение элементов по слоям атмосферы — только их общее присутствие.

Ранее ученые предположили, как сформировались газовые гиганты.