Изучение зависимости глубины транзитов от длины волны, на которой ведутся наблюдения (трансмиссионного спектра), позволяет определить свойства атмосферы транзитной планеты. У тела, лишенного атмосферы, трансмиссионный спектр плоский (не зависит от длины волны). Чем протяженнее и прозрачнее атмосфера планеты, тем выразительнее оказывается ее трансмиссионный спектр. Но чтобы в видимых лучах планета выглядела бы в полтора раза больше, чем в инфракрасных? Как это можно объяснить?

Первое, что приходит в голову – ошибка наблюдений. Однако исследователи пронаблюдали уже 33 транзита K2-33 b на самых разных инструментах, и результат воспроизводится с хорошей точностью. Вторая гипотеза – диск звезды покрыт пятнами. Поскольку температура пятен обычно на несколько сотен градусов ниже температуры окружающей фотосферы, транзиты по запятнанному диску могут дать похожий эффект. Но при разнице в глубине транзитов, наблюдающейся для K2-33 b, пятнами должно быть покрыто около 70% звездного диска, что исключается видом спектра звезды. 

Третья гипотеза – плотная высотная дымка в атмосфере K2-33 b, непрозрачная в видимых лучах, но прозрачная в инфракрасных. Эта гипотеза подробно обсуждалась в статье, опубликованной в Архиве электронных препринтов 16 ноября 2022 года (ведущий автор Pa Chio Thao). Дымка образуется на больших высотах, соответствующих давлению ~1 микробар, под действием коротковолнового излучения молодой звезды из продуктов фотолиза угарного газа в водородной атмосфере. Если размеры частиц дымки очень малы (десятки и сотни нанометров), непрозрачность будет быстро увеличиваться с уменьшением длины волны, на которой ведутся наблюдения. Дымка может состоять из частиц сажи или из толинов, сходных с теми, что образуются в атмосфере Титана. Как показали расчеты Thao, дымка из сажи не может объяснить наблюдаемый трансмиссионный спектр, а дымка из толинов – в принципе, может, хотя и не очень хорошо. Масса планеты при этом должны быть низкой – 3-5 масс Земли.

Четвертая гипотеза, объясняющая наблюдаемую разницу в глубине транзитов – наличие пылевого кольца вокруг планеты, аналогичного пылевому кольцу Юпитера. Эта гипотеза была предложена в другой статье, опубликованной в Архиве 16 ноября (ведущий автор Kazumasa Ohno). Авторы показали, что даже кольцо с оптической толщиной ~0.1%, простирающееся до радиуса Роша (2.46 радиусов планеты в случае, если средняя плотность планеты и частиц кольца совпадают), способно легко обеспечить наблюдаемый эффект. Масса планеты в этом случае должна превышать 7 масс Земли.

Авторы рассчитали трансмиссионный спектр K2-33 b с кольцами для разного состава частиц колец (силикат магния, силикат железа, оксид кремния, оксид магния, оксид железа). Все они могут описать имеющийся трансмиссионный спектр K2-33 b. Однако на волнах среднего ИК-диапазона (10-30 мкм) предсказания моделей с кольцами разного химического состава существенно различаются, что позволит в будущем определить состав колец, например, при наблюдениях системы с помощью спектрографа MIRI на JWST.

Источники: статья Pa Chio Thao, статья Kazumasa Ohno