Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил углекислый газ, воду и гидроксил в атмосфере «раскалённого Юпитера»

Международная группа астрономов повторно проанализировала данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» и впервые обнаружила в атмосфере экзопланеты WASP-18b сразу три молекулы: угарный газ (CO), водяной пар (H₂O) и гидроксил (OH). Два последних соединения ранее в этих данных замечено не было. Препринт исследования опубликован на платформе arXiv.

WASP-18b — так называемый «ультрагорячий Юпитер». Это газовый гигант примерно в десять раз массивнее нашего Юпитера, который обращается вокруг своей звезды всего за 23 часа. Из-за такой близости к светилу температура его дневной стороны достигает около 2400 кельвинов — это почти вдвое горячее, чем поверхность многих звёзд. При таких условиях молекулы воды частично распадаются на составные части, поэтому помимо самой воды учёные искали и гидроксил (OH) — осколок молекулы H₂O.

Ключевым новшеством стал метод обработки данных. Обычно астрономы «складывают» сотни пикселей вместе, чтобы получить достаточно яркий сигнал, — но при этом теряется детальная информация о форме спектральных линий. Авторы работы поступили иначе: они напрямую извлекли планетный спектр на максимально возможном разрешении, а затем применили технику кросс-корреляции — сравнение полученного сигнала с теоретическими «отпечатками» конкретных молекул. Этот подход, хорошо зарекомендовавший себя в наземных наблюдениях, впервые был успешно применён к данным прибора NIRISS на борту «Джеймса Уэбба».

В итоге угарный газ был обнаружен с уровнем достоверности 4,4 сигма, водяной пар — 3,4 сигма, а гидроксил и вовсе с рекордными 7,8 сигма. В науке порог уверенной регистрации нового явления — 5 сигма, так что обнаружение OH можно считать бесспорным, а CO и H₂O — весьма убедительным. Что важно, сигнал угарного газа ранее не удавалось выделить из тех же данных «Джеймса Уэбба» ни в одной предыдущей работе — хотя его существование подтверждалось наземными телескопами.

Помимо самого факта обнаружения, учёные уточнили химический состав атмосферы планеты. Соотношение углерода к кислороду (C/O) оказалось равным примерно 0,15 — это заметно ниже солнечного значения (~0,55) и близко к показателям самой родительской звезды. Такой результат говорит о том, что WASP-18b, скорее всего, формировалась вблизи своей звезды или мигрировала во внутреннюю часть системы ещё до того, как протопланетный диск рассеялся. Сценарий, при котором планета-гигант формируется далеко от звезды и захватывает много богатого углеродом льда, здесь не подходит — он должен был бы дать атмосферу, богатую углеродом.

Авторы подчёркивают, что новый метод анализа можно применить к уже накопленным архивным данным «Джеймса Уэбба» — это открывает возможность переоткрыть молекулы в атмосферах других экзопланет, где прежние методы не давали достаточной чувствительности.