Вопреки всем законам: Джеймс Уэбб обнаружил невозможную планету с атмосферой из адской печи
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил далёкую экзопланету, существование которой, казалось бы, невозможно. Ультрагорячая суперземля, названная TOI-561 b, окутана плотной атмосферой из раскалённых газов, скрывающей планету, поверхность которой, вероятно, представляет собой бурлящий магматический океан.
Астрономов удивили несколько особенностей этой адской планеты, которые не соответствуют тому, что мы находим в других уголках Вселенной. Это открытие может изменить наши представления о типах планет, которые способны формироваться и эволюционировать.
«По-настоящему захватывает то, что этот новый набор данных порождает ещё больше вопросов, чем даёт ответов», — заявила в пресс-релизе NASA ведущий автор исследования Джоанна Теске, научный сотрудник Лаборатории Земли и планет Института Карнеги в Вашингтоне.
Горячая, близкая к звезде и приливно заблокированная
TOI-561 b находится примерно в 280 световых годах от Земли в созвездии Секстанта, а её радиус примерно в 1,4 раза больше земного. Согласно заявлению, она обращается вокруг своей звезды, которая немного меньше и холоднее нашего Солнца, всего за 11 часов. Это относит её к редкому классу объектов, известных как экзопланеты со сверхкоротким периодом обращения.
Планета вращается невероятно близко к своей родительской звезде — на расстоянии, всего в 1/40 от дистанции между Меркурием и Солнцем. Это означает, что она «приливно заблокирована»: одна её сторона постоянно обращена к звезде, подобно тому как Луна всегда повёрнута одной стороной к Земле. У таких планет есть постоянная дневная и постоянная ночная стороны.
Слишком лёгкая, слишком холодная, слишком атмосферная
Эта далёкая адская планета озадачивает исследователей во многих отношениях.
Во-первых, у неё необычно низкая плотность. Вероятно, это связано с тем, что она сформировалась совершенно иначе, чем планеты, с которыми мы лучше всего знакомы.
«TOI-561 b отличается от других планет со сверхкоротким периодом обращения тем, что она вращается вокруг очень старой (вдвое старше Солнца), бедной железом звезды в регионе Млечного Пути, известном как толстый диск», — пояснила Теске. «Она, должно быть, образовалась в совершенно иной химической среде, чем планеты в нашей собственной Солнечной системе».
Но更大的 сюрприз ждал исследователей, когда они направили на планету инструменты «Джеймса Уэбба». Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) телескопа измерил температуру дневной стороны планеты, зафиксировав, насколько ослабевал её свет при прохождении за звездой. Исходя из типа звезды и расстояния до неё, температура голой каменистой планеты должна была достигать 2700 градусов по Цельсию. Однако TOI-561 b показала всего около 1800 °C.
Команда проверила и отвергла несколько объяснений аномально низкой температуры. Ни одно из них не могло объяснить расхождение, кроме одного: у планеты есть плотная атмосфера.
Это противоречило ожиданиям. У планет, столь долго вращающихся так близко к своей звезде, атмосферы быть не должно, поскольку за эпохи излучение родительской звезды должно было бы её попросту сдуть. Так как же TOI-561 b удержала свою атмосферу?
Соавтор исследования Тим Лихтенберг, астроном из Гронингенского университета (Нидерланды), заявил, что атмосфера, должно быть, содержит больше летучих химических веществ, чем земная.
Это создаёт сильные ветры, переносящие тепло с дневной стороны планеты на её вечную ночную сторону. Атмосфера также обеспечивает наличие водяного пара, который может поглощать часть ближнего инфракрасного излучения, прежде чем оно пройдёт через атмосферу и попадёт в приборы JWST. А яркие облака, наполненные силикатами (ключевым компонентом земных пород), также могут отражать звёздный свет, добавила соавтор работы Анджали Пьетт, астроном из Бирмингемского университета (Великобритания).
«Нам действительно нужна плотная, богатая летучими веществами атмосфера, чтобы объяснить все наблюдения», — заявила Пьетт.
Исследователи опубликовали свои выводы 11 декабря в журнале The Astrophysical Journal Letters.
В поисках жизни и понимания
Одной из основных миссий JWST является поиск и изучение атмосфер экзопланет, потому что (насколько нам известно) атмосфера является необходимым условием для жизни. Хотя эта раскалённая адская планета в любом смысле непригодна для обитания, изучение её атмосферы с помощью JWST может помочь учёным лучше понять, как формируются планетарные атмосферы.
Это открытие бросает вызов теориям об эволюции планет в экстремальных условиях. Оно показывает, что даже рядом со старыми, бедными металлами звёздами могут существовать миры с удивительно сложными и стойкими атмосферами. Понимание того, как TOI-561 b смогла сохранить свой газовый покров, приближает нас к ответу на вопрос, какие именно атмосферы способны пережить жестокое излучение близких звёзд, и в каких мирах за пределами Солнечной системы мы, в конечном итоге, сможем найти признаки жизни. «Джеймс Уэбб» продолжает менять правила игры, открывая двери в новые, непредвиденные главы науки об экзопланетах.
