Загадка углеродной атмосферы: Экзопланета-«черная вдова» ставит учёных в тупик
Наука развивается благодаря данным, которые не вписываются в текущее понимание мира. Такую идею Томас Кун описал в своей знаменитой работе «Структура научных революций». Поэтому учёные должны приветствовать новую информацию, бросающую вызов их представлениям. Недавнее исследование, опубликованное в препринте на arXiv и основанное на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), как раз содержит такие «неудобные» данные. Оно посвящено экзопланете вокруг миллисекундного пульсара, чья атмосфера почти целиком состоит из чистого углерода.
Пульсар PSR J2322-2650 относится к системам типа «чёрная вдова»: он подпитывает свои энергетические вспышки, перетягивая материю от звезды-компаньона. В данном случае компаньон превратился в планету размером с «горячий Юпитер», которая обращается вокруг нейтронной звезды каждые 7,8 часов. Обычно «чёрная вдова» формируется в два этапа: сначала пульсар поглощает вещество соседней звезды, а затем «бомбардирует» её гамма-излучением, срывая внешние слои. В результате остаётся планета размером с Юпитер, состоящая преимущественно из гелия.
Однако экзопланета PSR J2322-2650b, хоть и подходит под описание по размеру и плотности, обладает невероятной атмосферой. Согласно спектрографическим данным JWST, она состоит в основном из элементарного углерода в форме трикарбона (C₃) или дикарбона (C₂). Эти соединения обычно встречаются в хвостах комет или в пламени на Земле. Их обилие в атмосфере планеты стало для науки полной неожиданностью.
Ещё одна загадка — разница между дневной и ночной сторонами планеты. Поскольку PSR J2322-2650b приливно заблокирована, её дневная сторона постоянно обращена к пульсару и раскалена до 2000 °C, демонстрируя чёткие химические сигнатуры. На ночной же стороне следов элементов почти нет, что указывает на возможный слой сажи или аналогичного вещества, поглощающего свет.
Исследователи также изучили соотношения углерода к кислороду (C/O > 100) и углерода к азоту (C/N > 10 000). Для сравнения, на Земле эти показатели составляют 0,01 и 40 соответственно. Такие аномально высокие значения противоречат моделям формирования систем типа «чёрная вдова»: считалось, что интенсивное излучение пульсара должно было уничтожить атмосферу планеты. Гипотезы, вроде слияния с углеродной звездой-белым карликом, пока не объясняют этот феномен.
Впрочем, некоторые аспекты планеты соответствуют теориям. Например, данные JWST подтвердили, что на быстро вращающихся планетах должны преобладать западные ветры, а не восточные, как у других «горячих юпитеров». Самый горячий участок PSR J2322-2650b смещён на 12 градусов к западу, что согласуется с моделями циркуляции атмосферы.
Таким образом, PSR J2322-2650b сочетает знакомое с немыслимым. Её размер и связь с пульсаром типичны для «чёрной вдовы», а ветра подтверждают прогнозы. Но углеродная атмосфера заставляет учёных пересматривать теории. Пока они ищут ответы, JWST продолжит открывать новые аномалии, которые, как и предсказывал Кун, могут стать началом революции в астрофизике.
Учёные планируют подробнее изучить химические процессы на ночной стороне планеты, а также проверить, существуют ли аналогичные системы в других регионах Галактики. Возможно, PSR J2322-2650b — не исключение, а первый пример нового класса экзопланет, чьи экстремальные условия переписывают учебники по формированию звёзд и планет.
