Гигантская планета висит в космосе в полном одиночестве, удалившись от своей звезды на расстояние, в 160 раз превышающее путь от Солнца до Плутона. Свет родительской звезды доходит до неё таким слабым, что температура на поверхности едва превышает 200 градусов Цельсия — примерно как в хорошо протопленной сауне. Это COCONUTS-2b, один из самых холодных миров, известных за пределами Солнечной системы. До недавнего времени такие объекты оставались невидимками для детального изучения: их тусклое тепло тонуло в шуме приборов. Но с появлением инфракрасного космического телескопа у астрономов появился шанс заглянуть в самую суть этих ледяных гигантов.
Группа учёных направила инструмент MIRI на COCONUTS-2b и получила спектр — радужную полоску, в которой каждый цвет рассказывает о составе атмосферы. Впервые для такого холодного объекта удалось не просто увидеть основные газы, но и различить их изотопические варианты. Изотопы — это как одинаковые детали конструктора, но с разным числом нейтронов в ядре. Например, обычная вода H₂O состоит из кислорода-16, а тяжёлая вода H₂¹⁸O — из кислорода-18. В атмосфере COCONUTS-2b уверенно обнаружили сразу три таких редких версии: аммиак с азотом-15, а также воду с кислородом-18 и кислородом-17. Доля тяжёлой воды там оказалась заметно выше, чем в земных океанах.
Это открытие превращает COCONUTS-2b в природную лабораторию. Теперь, сравнивая изотопный состав планеты и её звезды, можно восстановить историю их появления. Возможно, в далёком прошлом этот гигант мигрировал через весь диск, собирая вещество из разных зон, как снежный ком. А может, он родился там же, где и находится сейчас, но из облака с необычной химией. Точный ответ дадут будущие наблюдения, но уже сейчас ясно: холодные миры перестали быть безликими точками. Их атмосферы хранят ключи к разгадке того, как собираются планеты по всей Галактике.
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.26850
Linking the composition of gas giant planets to their formation paths has long been a goal in exoplanet science. Especially, cold gas giants with temperatures below $$\sim$$500K have been out of reach for detailed atmospheric characterization. With JWST, however, we can reach high signal-to-noise (S/N) spectra for such cool worlds and can can measure not only their main trace gas abundances, but even their isotopic content unlocking new possibilities in linking them to their formation paths. In this study, we present the spectrum of one of the coldest planetary-mass companions COCONUTS-2b ($$\mathrm{T_{eff}}\approx$$480K, separation of $$\sim$$6400 au from its M dwarf host star) obtained with the Mid-InfraRed Instrument Medium Resolution Spectrometer (MIRI/MRS). Combining the MIRI and archival Gemini/FLAMINGOS-2 data sets, we aim to characterize the chemical composition and physical structure of its frigid atmosphere, setting the stage to uncover insights on the formation of COCONUTS-2b. For the first time on a MIRI/MRS data set, we use the full spectral resolution of MIRI/MRS and perform atmospheric retrievals to unlock the search for faint absorption features by rare molecules and isotopologues. The latter are identified using a leave-one-out analysis and Bayes factor comparison. We robustly detect three isotopologues, namely $$^{15}$$NH$$_3$$, H$$_2^{18}$$O and H$$_2^{17}$$O in the atmosphere of COCONUTS-2b. We find the first clear evidence of oxygen isotopes in water in a cold companion. This data set demonstrates the capability of MIRI/MRS to characterize such cold planetary-mass companion's atmospheres with respect to their compositional and isotopic content. In the future, the constrained elemental and isotope ratios provide a unique avenue in comparing with the host star's abundances and eventually in tracing formation scenarios.
Температура COCONUTS-2b всего 480 кельвинов — это холоднее, чем поверхность Венеры, и сопоставимо с жаром пиццы, только что вынутой из печи.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан планеты обладал загадочным изотопным составом, намекавшим на его искусственное происхождение.