Телескоп Джеймса Уэбба впервые сфотографировал двойника Юпитера — холодную газовую экзопланету

Телескоп Джеймса Уэбба получил прямые изображения экзопланеты на расстоянии 12 световых лет от Земли. Планета в несколько раз массивнее Юпитера обращается вокруг звезды, похожей на Солнце, и год на ней продолжается 200 лет. Несмотря на значительную удалённость от светила, температура на планете составляет около 0°C. Это самая старая и холодная газовая планета, которую удалось сфотографировать, и первая планета «Джеймса Уэбба», снимков которой до этого не было сделано с помощью земных телескопов.

Планета обращается вокруг звезды — главного компонента тройной звёздной системы с обозначением Эпсилон Индейца, или ε Indi. Эта звезда находится в южном небе на расстоянии 12 световых лет от нас и видна невооружённым глазом. Главная звезда системы обозначается Eps Ind A, соответственно «официальное» обозначение её планеты — Eps Ind Ab. Звезда относится к типу оранжевых карликов, точнее, классу K5Ve, в семь раз менее яркая, чем Солнце и несколько легче Солнца. Два других компонента звёздной системы — коричневые карлики. Сама планета обращается на расстоянии 20—40 астрономических единиц от звезды (примерно орбита Нептуна). Планета, вероятно, в шесть раз массивнее Юпитера, и температура на ней составляет около 2°C. Нагрев планеты почти до комнатной температуры не может объясняться теплом от звезды — она находится слишком далеко. Скорее всего, здесь работает разогрев за счёт энергии сжатия вещества планеты. Тем не менее это одна из самых холодных экзопланет, у которых удалось получить изображение, и она всего на 100°C теплее газовых гигантов Солнечной системы. Благодаря этому астрономы имеют уникальную возможность изучить состав атмосферы на планете, практически похожей на наши газовые гиганты. Возраст планеты около 4 миллиардов лет. До этого удавалось получать прямые изображения только планет возрастом до 500 миллионов лет, большинство из которых моложе 100 миллионов лет. Из всего массива в ~6000 известных экзопланет прямым методом удалось наблюдать всего около 25.

На сегодня известно только несколько «холодных» планет-газовых гигантов, которые обращаются вокруг звёзд, похожих на Солнце. Такие планеты похожи на соответствующие планеты Солнечной системы тем, что находятся на внешних орбитах, но их сложнее найти по сравнению с другими типами экзопланет. Например, планеты класса «горячих юпитеров», которые в избытке открывали с самого начала эры экзопланет в середине 1990-х годов, обращаются вокруг звёзд на расстоянии всего несколько радиусов звезды. Их периоды обращения измеряются несколькими сутками или даже часами. Поэтому их прохождение (транзит) на фоне звезды заметить легче, чем у удалённой планеты с периодом обращения несколько лет (например, период Юпитера составляет 12 лет). Кроме того, такие планеты с большой вероятностью вообще не будут проходить на фоне звезды — для этого плоскость их орбиты должна лежать почти идеально на линии зрения земного наблюдателя. Статистически доля таких звёздных систем очень мала.

Гигантскую планету возле звезды Eps Ind A раньше исследовали одним из двух основных косвенных методов — методом радиальной скорости. Звезда и её массивный спутник вращаются вокруг общего центра масс, и такое перемещение звезды можно зафиксировать при помощи эффекта Доплера — он как раз позволяет измерить вариации радиальной скорости звезды по периодическому изменению её спектра. Но период обращения планеты составляет около 200 лет, и поэтому за несколько лет инструментальных наблюдений мы видим только небольшой участок её орбиты, соответственно параметры орбиты и самой звезды были известны с очень большой погрешностью — так, её массу определили в 3 массы Юпитера, а период обращения — в 50 лет (ошибка соответственно в два и четыре раза).

Поэтому планету решили «переоткрыть» при помощи нового космического телескопа. Для этого использовали инструмент MIRI (камеру среднего инфракрасного диапазона) с коронографом, который блокирует свет от самой звезды. Поскольку температура планеты сопоставима с земной, её тепловое излучение как раз попадает в инфракрасный диапазон, на котором специализируется телескоп Джеймса Уэбба. Расстояние между звездой и планетой на небесной сфере — 4 угловых секунды (это соответствует проективному расстоянию 15 астрономических единиц), чего оказалось достаточно для удовлетворительного разрешения изображения. Планету удалось наблюдать пока на снимках только в трёх цветах. Это позволяет сделать предварительные выводы о составе её атмосферы — так, преобладание углерода может указывать на обычные для газовых гигантов компоненты — метан, углекислый газ и монооксид углерода. Запланированные будущие наблюдения «Джеймса Уэбба» позволят получить более полный спектр планеты. Кроме того, можно надеяться, что новый телескоп позволит исследовать другие холодные газовые планеты этого типа, аналогичные Юпитеру и другим нашим газовым гигантам.