Инверсия зкзопланет

Астрономы надежно подтвердили существование нескольких тысяч экзопланет. Число же кандидатов на утверждение в разы больше. Это большой успех, хотя планеты у далеких звезд изучать непросто. Большой и надежный архив помогает теоретикам строить модели образования экзопланет, применяя статистические подходы к их описанию. В Сети есть несколько баз данных с информацией об их массах, размерах, орбитальных характеристиках, свойствах материнских звезд и пр.

В последнее время вырос объем данных и о планетных атмосферах. Их получают по спектральным и фотометрическим характеристикам. Но популяционные исследования атмосфер по-прежнему редки, хотя и могут стать ключом к пониманию механизмов их образования. Обычно авторы детально анализируют отдельные планеты, изучают лишь отдельные явления, к примеру — наличие водяного пара или облаков в популяции.

Недавно вышла новая статья международной группы исследователей под руководством доктора Кентина Ченгита (Quentin Changeat) из Университетского колледжа Лондона. В ней впервые проведен популяционный анализ атмосфер планет. Все их спектры получены при затмении ими материнских звезд.

Исследователи всесторонне проанализировали статистику двадцати пяти горячих юпитеров. Это планеты размером с крупнейший газовый гигант Солнечной системы, расположенные вблизи своих звезд. Ученые рассмотрели данные шестисот часов наблюдений в космический телескоп Хаббл и четырехсот — в телескоп Спитцер.

Ученые установили корреляции между разными характеристиками атмосфер, например вертикальными профилями температуры и химическим составом. Как правило, атмосфера задерживает тепло, поэтому ее температура должна падать с высотой. Однако у некоторых планет верхний слой газовой оболочки теплее нижнего, это называют инверсией. На Земле, к примеру, она вызвана слоем озона.

Исследователи нашли, что почти на всех горячих юпитерах с инверсией присутствуют анион водорода и соединения металлов, такие как монооксиды титана и ванадия, а также гидрид железа. А вот у планет без этих соединений термоинверсии не бывает. Одно из возможных объяснений в том, что найденные соединения эффективно поглощают свет и, если они присутствуют в верхней атмосфере, свет материнской звезды ведет к нагреву содержащего их слоя атмосферы.

Заняться атмосферами ученых подвигла теория образования газовых гигантов, принадлежащая одному из соавторов работы Икома Масахиро (Masahiro Ikoma) из Национальной астрономической обсерватории Японии. Эта теория предсказывает различия в составе атмосфер, что и было найдено.

Эти исследования без сомнения дадут пищу новым идеям. Тем более что в скором времени в печати появятся революционные данные новейших астроприборов, в том числе космического телескопа Джеймс Уэбб.

(The Astrophysical Journal Supplement Series, 260, 1, 3, 2022)