За 11,9 світлового року від Сонця обертається планета, яку довгий час можна було лише запідозрити, але не побачити. ε Ind Ab виявили у 2019 році непрямим методом — за коливаннями руху її зірки-господаря, схожої на Сонце. Прямий знімок планети отримали лише у 2024 році за допомогою JWST. Тепер команда під керівництвом Аніket Sanghi (Каліфорнійський технологічний інститут) опублікувала в Astronomical Journal нове дослідження, яке перетворює ε Ind Ab з окремого спостереження на детально виміряний об'єкт.
Планета холодна навіть за мірками газових гігантів — температура її поверхні становить 275 кельвінів, приблизно 2°C. Це робить її одним із найхолодніших відомих екзопланетних газових гігантів і рідкісною можливістю перевірити, як планети такого типу поводяться через мільярди років після народження.
П'ять знімків JWST і рекордна довжина хвилі
Нове дослідження базується на знімках у п'яти фотометричних смугах: два отримані камерою NIRCam у діапазоні 4-5 мікрометрів, три — інструментом MIRI у діапазоні 18-25 мікрометрів.
Найдовшохвильовий із цих знімків, зроблений у фільтрі на 25,5 мікрометра, є найдовшохвильовим прямим зображенням екзопланети за всю історію астрономії.
Разом п'ять знімків утворюють перший спектральний енергетичний розподіл (SED) — тобто розподіл яскравості планети за різними довжинами хвиль — для холодного газового гіганта поза Сонячною системою в діапазоні від 4 до 25 мікрометрів. Раніше подібної повноти даних для такого холодного об'єкта просто не існувало.
Тридцять років спостережень дають точну масу
Щоб зрозуміти, що означає виміряна яскравість планети, потрібно точно знати її масу. Для цього дослідники об'єднали три незалежні джерела даних: тридцять років спостережень радіальної швидкості зірки (метод, що фіксує, як гравітація планети трохи «розхитує» зірку), абсолютну астрометрію з місій Gaia та Hipparcos, а також відносну астрометрію з прямих знімків, включно з новими даними NIRCam.
Це дало динамічну масу планети — 6,5 маси Юпітера, з похибкою приблизно +0,7/−0,6. Вік системи оцінюється у 3,5 мільярда років (± 1 мільярд).
Проінтегрувавши весь спектральний енергетичний розподіл, дослідники отримали болометричну світність планети — log L/L☉ = −7,23 ± 0,03. Це дуже низьке значення, типове для старих і холодних газових гігантів, які давно втратили тепло, накопичене під час формування.
Порівнявши масу, вік і світність із теоретичними моделями еволюції планет, команда отримала відмінну узгодженість — і це вперше перевірено саме в такому режимі: низька світність, невелика маса, поважний вік. Раніше моделі тестувалися здебільшого на молодших і яскравіших об'єктах.
Металева атмосфера і сумнів щодо хмар
Дані NIRCam також дозволили зробити висновок про склад атмосфери планети. Фотометрія вказує на металозбагачену атмосферу — тобто підвищений вміст елементів важчих за водень і гелій. Це узгоджується з відомою залежністю між масою планети та металічністю її атмосфери, яка спостерігається у газових гігантів.
Окрема інтрига стосується хмар. Знімок у фільтрі 25,5 мікрометра — довжина хвилі, де основний внесок дає поглинання водяної пари, — виявився дещо яскравішим, ніж передбачають безхмарні моделі атмосфери. Різниця перевищує 1 сигму, але не досягає 2 сигм, тобто статистично поки не є переконливою.
Модель з хмарами з водяного льоду пояснює це відхилення краще, ніж безхмарна модель. Поки що це лише натяк, а не підтверджений результат, але саме такі невеликі розбіжності зазвичай стають відправною точкою для наступних спостережень.
Дослідники прямо називають ε Ind Ab базовим (benchmark) об'єктом для вивчення еволюції планет-аналогів Юпітера навколо сонцеподібних зірок. Наступний крок — детальніша спектроскопія атмосфери, яка або підтвердить присутність водяних хмар, або відкине цю гіпотезу.
