Сера в небе тёплого Нептуна: диоксид серы в атмосфере HAT-P-26 b ✛
В 2023 году телескоп Джеймса Уэбба направил свой взор на далёкую звезду в созвездии Девы. Вокруг неё обращается планета HAT-P-26 b — тёплый Нептун, мир с массой 18,6 земных и радиусом 6,33 земных. Планета прошла перед диском звезды, и в этот момент её атмосфера на мгновение стала видимой. Свет звезды, процеженный сквозь газовую оболочку, рассказал о том, что скрыто от глаз: о водяном паре, углекислом газе и — впервые для такого класса планет — о диоксиде серы.
Это открытие — не просто ещё одна строчка в каталоге молекул. Оно показывает, что химическая кухня под ультрафиолетом звезды работает и при более низких температурах, чем считалось раньше. Диоксид серы здесь — продукт неравновесной фотохимии, то есть химии, которую запускает свет звезды. Астрономы восстановили параметры атмосферы с помощью байесовских ретривалов — методов, которые позволяют из спектра вытащить температуру, состав и металличность (долю элементов тяжелее гелия). Получилось, что металличность атмосферы HAT-P-26 b составляет от 3 до 25 раз солнечной, а температура — около 667 К, что заметно холоднее равновесной температуры планеты.
Сравнение с десятью другими планетами, наблюдавшимися Уэббом, выявило чёткую закономерность: содержание диоксида серы резко растёт при низких металличностях и выходит на плато выше 30 солнечных. Это значит, что фотохимия серы — универсальный процесс, который можно использовать как термометр и индикатор химической эволюции атмосфер. Раньше такое наблюдали только у горячих юпитеров и субнептунов, но теперь пробел для масс около 20 масс Земли заполнен.
Что это даёт науке? До сих пор было неясно, работает ли фотохимия серы в атмосферах тёплых нептунов и как содержание SO₂ связано с металличностью. Теперь впервые надёжно детектирован диоксид серы в таком мире и показана корреляция с металличностью. Метод пригодится как эталон для интерпретации будущих спектров нептуноподобных экзопланет и уточнения моделей их формирования. Дальнейшие наблюдения в более широком диапазоне длин волн позволят уточнить соотношение углерода к кислороду и пролить свет на то, как такие планеты приобретают свои атмосферы.
Диоксид серы в атмосфере HAT-P-26 b образуется тем же путём, что и в знаменитом горячем юпитере WASP-39 b: сероводород из недр окисляется водяным паром под действием ультрафиолета звезды. Но здесь температура почти вдвое ниже — около 700 К вместо 1200 К.