У суперземли TOI-1685 b нет заметной атмосферы

Владислава Ананьева С запуском космического инфракрасного телескопа им. Джеймса Вебба (JWST) изучение экзопланет вышло на новый уровень. Измеряя зависимость глубины транзита и вторичного минимума от длины волны излучения, можно определить состав атмосферы транзитной экзопланеты и температуру ее дневного полушария. Исключительная точность научных инструментов на борту JWST позволяет делать это не только для горячих юпитеров, но и для планет гораздо меньших размеров – мини-нептунов и суперземель. За последние годы JWST пронаблюдал несколько суперземель у красных карликов (например, TRAPPIST-1 b, LHS 475 b, Gliese 486 b). Как оказалось, все они имеют очень темную поверхность и лишены плотной атмосферы (а скорее всего, лишены атмосферы вовсе). Этот факт вызвал к жизни гипотезу «космической береговой линии» (Cosmic Shoreline): бурная активность красных карликов и их жесткое излучение на протяжении миллиардов лет приводят к эффективной эрозии атмосфер близких планет, так что планеты с короткими орбитальными периодами у красных карликов должны напоминать не столько Венеру, сколько Меркурий и Луну. 5 декабря 2024 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная наблюдениям на JWST планеты TOI-1685 b, вращающейся вокруг красного карлика TOI-1685 с орбитальным периодом всего 16 часов. Планета была обнаружена TESS и подтверждена методом лучевых скоростей в 2021 году. Первооткрыватели оценили ее массу и радиус в 3.8 ± 0.6 масс Земли и 1.70 ± 0.07 радиусов Земли, что соответствовало средней плотности 4.21 ^+0.95/_-0.83 г/куб.см. На диаграмме «Масса – Радиус» планета лежала выше линии силикатных планет. Первооткрыватели предположили, что TOI-1685 b является горячей океанидой, а ее атмосфера состоит из водяного пара. Эффективная температура планеты в предположении нулевого альбедо и эффективного теплопереноса на ночную сторону составила 1069 ± 16 К. 14-15 февраля 2024 года систему TOI-1685 наблюдал инструмент NIRSpec на борту JWST. Наблюдения длились почти 19 часов и охватили больше одного витка. В результате авторы получили и трансмиссионный, и эмиссионный спектры планеты, что позволило измерить температуру дневного полушария. Трансмиссионный спектр получился плоским, лишенным деталей. Это исключило водородно-гелиевую атмосферу, которую, впрочем, никто и не ждал. Однако атмосфера из тяжелых газов (метана, водяного пара, углекислого газа) оставалась возможной. Гораздо информативнее оказалось измерение глубины вторичного минимума. Его измерили в двух каналах: NRS1 (в лучах с длиной волны 2.844-3.715 мкм) и NRS2 (в лучах с длиной волны 3.823-5.172 мкм). Измеренная температура дневного полушария составила 1520 ± 140 К в канале NRS1 и 1360 ± 100 К в канале NRS2. Оценки температуры ночного полушария следующие: 1100 ⁺²¹⁰/_-1100 К в канале NRS1 и 550 ⁺³⁰⁰/_-550 К в канале NRS2, обе совместимы с нулем. Температура дневного полушария совершенно черной планеты без какого-либо теплопереноса была бы равна 1390 К. Таким образом, даже температура, измеренная в канале NRS2, достигает 0.98 ± 0.07 температуры черной планеты без атмосферы. Сравнив полученные данные с атмосферными моделями, авторы исключили плотную атмосферу любого состава. Допустима разреженная атмосфера из углекислого или сернистого газов с давлением 10 и 100 микробар, соответственно, или атмосфера из водяного пара с давлением 1 бар (но не с давлением 10 бар). Однако лучше всего данные описывает модель безатмосферного небесного тела с поверхностью, покрытой базальтами.