Ученые установили новые факты того, формируются и эволюционируют небольшие, но чрезвычайно горячие экзопланеты в экстремальных условиях.
Астрономы впервые получили убедительные доказательства существования атмосферы вокруг каменной экзопланеты за пределами Солнечной системы. Как пишет Interesting Engineering, это стало важным шагом к пониманию того, что происходит в таких экзотических мирах.
Команда под руководством Института Карнеги с помощью телескопа Джеймса Уэбба исследовала TOI-561 b - древнюю, раскаленную "суперземлю", которая делает полный оборот вокруг своей звезды всего за 10,56 часа. Полученный атмосферный сигнал оказался неожиданным и противоречит тому, что ученые ожидали увидеть на таких малых и сверхгорячих планетах.
"TOI-561 b вдвое тяжелее Земли, но совсем не похожа на нее. Планета вращается крайне близко к своей звезде - на расстоянии, составляющем лишь одну сороковую дистанции между Меркурием и Солнцем. Год на TOI-561 b длится чуть более 10 часов, а одно ее полушарие всегда повернуто к свету", говорится в статье.
Астрономы долгое время считали, что настолько горячие и небольшие планеты должны мгновенно терять свои атмосферы после формирования. "По всем известным моделям такая планета слишком маленькая и горячая, чтобы долго удерживать собственную атмосферу", - отметила автор исследования Николь Воллак. Новые наблюдения полностью разрушают это устоявшееся мнение.
Несмотря на то, что ее звезда значительно старше Солнца, TOI-561 b, похоже, до сих пор имеет атмосферу. Именно она может объяснять и низкую плотность планеты. Она менее плотная, чем должна была бы быть при землеподобном составе, хотя к так называемым "сверхпузырькам" планета не относится.
Главный автор исследования Иоганна Теске объясняет: планета могла иметь небольшое железное ядро и легкие породы мантии - это совпадает с характеристиками ее звезды.
"TOI-561 b отличается среди сверхкороткопериодичных планет тем, что вращается вокруг очень старой и бедной железом звезды", - говорит Теске. Планета вероятно сформировалась в другой химической среде, чем наши миры, что делает ее окном в раннюю историю формирования планет.
Впрочем, само внутреннее строение не может объяснить все наблюдения. Ученые предположили, что атмосферный слой увеличивает видимый размер планеты и уменьшает ее плотность.
Для проверки этой гипотезы телескоп Вебба измерил температуру на дневной стороне планеты во время так называемого вторичного затмения.
Если бы TOI-561 b была голым каменным шаром, ее дневная сторона нагревалась бы почти до 4900°F (примерно 2700°C). На самом деле температура оказалась значительно ниже - около 3200°F (1750°C).
Этот существенный перепад свидетельствовал об активном перераспределении тепла. Ученые рассмотрели различные сценарии: океан магмы, тонкий слой испаряющихся пород, облачность. Но данные лучше всего соответствуют наличию плотной атмосферы.
"Сильные ветры могли бы переносить тепло на ночную сторону, охлаждая дневную сторону", - объясняет соавтор Анжали Пьетте. Газовые слои также поглощают свет, а светлые облака из силикатов отражают часть излучения.
Пока это остается загадкой, как TOI-561 b удерживает свою атмосферу. При такой близости к звезде часть газов неизбежно должна теряться. Но, по словам исследователя Тима Лихтенберга, существует баланс: атмосфера частично "подпитывается" газами из океана магмы, которые одновременно поглощаются обратно в недра.
"Это фактически влажный шар из лавы", - подытожил он.
Исследование является первой научной публикацией в рамках программы JWST "General Observers Program 3860". Команда наблюдала за системой непрерывно в течение 37 часов, и сейчас продолжается анализ, который должен уточнить температурные карты и химический состав атмосферы.
Напомним, ученые установили, что интенсивные радиационные пояса Урана могут быть не постоянными - новые исследования свидетельствуют, что пояса могли были кратковременным следствием мощной солнечной бури, которая произошла во время пролета "Вояджера-2" в 1986 году. Это было единственное приближение человечества к Урану. Если это действительно так, то десятилетняя загадка превращается из необычного физического явления в привычный процесс - волны, вызванные бурей, могли быстро перезарядить электроны вокруг планеты, создав экстремальные показатели.