Міжнародна команда астрофізиків за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) вперше впевнено зафіксувала наявність напівважкої води в атмосфері екзопланети WASP-39b, розташованої приблизно за 700 світлових років від Землі у сузір'ї Діви.

Дослідження, очолюване вченими з Університетської обсерваторії Мюнхена (LMU) Фабіаном Грюбелем та Барбарою Ерколіно, базується на об'єднаних даних чотирьох основних інструментів телескопа: NIRISS, NIRCam, NIRSpec та MIRI. Вчені шукали ізотопологи води — молекули, що відрізняються кількістю нейтронів. Звичайна вода складається з двох атомів водню та одного кисню, тоді як напівважка вода (HDO) містить дейтерій — ізотоп водню з додатковим нейтроном, що робить молекулу важчою.

Ця різниця у вазі дозволяє астрономам з'ясувати, чи вода на планеті випаровується, чи походить з віддалених частин зоряної системи. WASP-39b обрали для аналізу через її статус однієї з найбільш вивчених екзопланет. Автори дослідження відзначають, що отримали "найдетальніший спектр пропускання будь-якої екзопланети на сьогоднішній день".

Для точного моделювання атмосфери команда, до якої увійшли також фахівці з Інституту позаземної фізики Товариства Макса Планка та Фізичної лабораторії ім. Г. Г. Віллса Університету Брістоля, застосувала пакет переносу випромінювання petitRADTRANS та алгоритм PyMultiNest. Вони врахували інші молекули, зокрема сірководень, синильну кислоту та метан, щоб уникнути помилкового виявлення у інфрачервоному діапазоні 3–4 мікрометри.

Сигнал HDO виявився статистично значущим на рівні 4,81 сигма. Розраховане співвідношення дейтерію до водню (D/H) становить близько 4,0×10⁻³, що у 25 разів перевищує показник земних океанів. Вчені відзначають, що це значно більше, ніж у газових гігантів Сонячної системи, які вважаються найближчими аналогами WASP-39b.

Підвищене співвідношення D/H може пояснюватися атмосферною дисипацією: через високу температуру близько 1000 градусів Цельсія та низьку гравітацію легкий водень швидко втрачається в космос, а важча напівважка вода утримується планетою. Інша гіпотеза припускає, що WASP-39b сформувалася у холодній зовнішній зоні протопланетного диска за "лінією снігу", де накопичувався дейтерій-збагачений лід, а потім мігрувала ближче до зірки.

За словами дослідників, спостереження протозоряних льодів у цьому регіоні підтверджують рівень збагачення дейтерієм, який узгоджується з отриманим для WASP-39b. Водночас вони наголошують, що "визначення того, чи міг цей сценарій дати спостережувані значення, вимагає детального хімічного моделювання".

Хоча WASP-39b є розпеченим газовим гігантом, де життя земного типу неможливе, відкриття демонструє ефективність методики, яку можна застосувати для вивчення інших планет з більш сприятливими умовами. Напівважка вода (HDO) залишається найбільш доступним маркером завдяки виразним спектральним характеристикам і може стати потенційним індикатором придатності для життя на кам'янистих екзопланетах у найближчому майбутньому.

Наразі робота, надіслана до авторитетних журналів Американського астрономічного товариства, проходить стадію рецензування на сервері препринтів arXiv, відкриваючи нові можливості в дослідженні космічних світів.