Группа высокочувствительных инструментов телескопа была направлена на атмосферу WASP-39 b, горячего "Сатурна", расположенного на расстоянии около 700 световых лет. Горячий Сатурн — это экзопланета, близкая по размерам к "нашему" Сатурну, и вращающаяся близко к звезде, так что у нее высокие температуры поверхности и атмосферы. Хотя Webb и другие космические телескопы, в том числе Hubble, ранее обнаруживали отдельные ингредиенты атмосферы этой бурлящей планеты, новые данные дают полное меню атомов, молекул и даже признаков активной химии и облаков.
Последние данные также дают представление о том, как эти облака на экзопланетах могут выглядеть вблизи: разорванными, а не единым однородным покрывалом над планетой. Полученные данные служат хорошим предзнаменованием для способности Webb проводить широкий спектр исследований экзопланет — планет вокруг других звезд, на которые надеялись ученые. Это включает в себя исследование атмосфер небольших каменистых планет, подобных тем, что находятся в системе TRAPPIST-1.
Набор открытий подробно описан в наборе из пяти отдельных научных статей, доступных на сервере препринтов arXiv. Среди беспрецедентных открытий — первое обнаружение в атмосфере экзопланеты диоксида серы, молекулы, полученной в результате химических реакций, вызванных высокоэнергетическим светом родительской звезды планеты. На Земле аналогичным образом создается защитный озоновый слой в верхних слоях атмосферы.
На этом графике показаны четыре спектра пропускания от трех приборов Уэбба, работающих в четырех режимах прибора. В верхнем левом углу данные NIRISS показывают отпечатки калия (K), воды (H2O) и окиси углерода (CO). В правом верхнем углу данные NIRCam показывают заметную водную сигнатуру. Внизу слева данные NIRSpec указывают на воду, диоксид серы (SO2), диоксид углерода (CO2) и монооксид углерода (CO). В правом нижнем углу дополнительные данные NIRSpec показывают все эти молекулы, а также натрий (Na).
При предполагаемой температуре 1600 градусов по Фаренгейту и атмосфере, состоящей в основном из водорода, WASP-39 b не считается пригодным для жизни. Экзопланету сравнивают как с Сатурном, так и с Юпитером (вес от первой планеты, а размер от второй). Но новая работа указывает путь к поиску доказательств потенциальной жизни на обитаемой планете.
Близость планеты к своей родительской звезде — в восемь раз ближе, чем Меркурий к нашему Солнцу — также делает ее лабораторией для изучения воздействия излучения родительских звезд на экзопланеты. Лучшее знание связи между звездой и планетой должно привести к более глубокому пониманию того, как эти процессы создают разнообразие планет, наблюдаемых в галактике.
Другие компоненты атмосферы, обнаруженные Webb, включают натрий, калий и водяной пар, подтверждая предыдущие наблюдения с помощью космических и наземных телескопов, а также обнаруживая дополнительные особенности воды на более длинных волнах, которые раньше не наблюдались.
Космический телескоп также обнаружил углекислый газ с более высоким разрешением, предоставив вдвое больше данных, чем сообщалось в его предыдущих наблюдениях. При этом был обнаружен угарный газ, но в данных отсутствовали явные признаки как метана, так и сероводорода. Если они присутствуют, эти молекулы встречаются на очень низких уровнях, что является важным открытием для ученых, проводящих инвентаризацию химии экзопланет, чтобы лучше понять формирование и развитие этих далеких миров.
Захват такого широкого спектра атмосферы WASP-39 b был научным проявлением силы, поскольку международная группа, насчитывающая сотни человек, независимо проанализировала данные четырех точно откалиброванных режимов прибора Webb. Затем они провели детальное взаимное сравнение своих выводов, что дало еще более детализированные с научной точки зрения результаты.
Чтобы увидеть свет от WASP-39 b, Webb проследил за планетой, когда она проходила перед своей звездой, позволяя части света звезды фильтроваться через атмосферу планеты. Различные типы химических веществ в атмосфере поглощают разные цвета спектра звездного света, поэтому недостающие цвета говорят астрономам, какие молекулы присутствуют. Благодаря столь точному анализу атмосферы экзопланеты, инструменты Webb превзошли все ожидания ученых и обещают новый этап исследований среди широкого разнообразия экзопланет в галактике.