|
Двойные гелиевые хвосты тянутся из горячего Юпитера
|
|
|
|
Впервые ученые непрерывно наблюдали за удаляющейся атмосферой планеты на протяжении всей ее орбиты, обнаружив, что газовый гигант WASP-121 b окружен не одним, а двумя массивными гелиевыми хвостами, простирающимися более чем наполовину вокруг своей звезды.
|
|
|
|
Открытие было сделано астрономами из Института исследований экзопланет имени Троттье при Монреальском университете (IREx) и астрономического факультета Женевского университета в Швейцарии с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и его канадского прибора NIRISS. Результаты подробно изложены в статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Communications.
|
|
|
|
Это наблюдение, проведенное под руководством Ромена Алларта, постдокторского исследователя из UdeM и IREx, дает самую подробную картину потери атмосферы экзопланетой — процесса, который может кардинально изменить форму планет с течением времени.
|
|
|
|
Экстремальный мир под звездным небом
|
|
|
|
Астрономы называют WASP-121 b сверхгорячим Юпитером - гигантской газовой планетой, которая вращается так близко к своей звезде, что год длится едва ли сутки, в данном случае всего 30 часов. Интенсивное излучение звезды нагревает атмосферу планеты до тысяч градусов, позволяя легким газам, таким как водород и гелий, улетучиваться в космос. За миллионы лет эта медленная утечка может изменить размер планеты, ее состав и дальнейшую эволюцию.
|
|
|
|
|
|
|
До сих пор ученые в основном наблюдали краткие вспышки этих потоков во время планетарных транзитов — тех нескольких часов, когда планета проходит перед своей звездой. Но без постоянного мониторинга было невозможно узнать, как далеко простираются эти потоки и как они эволюционируют с течением времени.
|
|
|
|
Используя NIRISS (тепловизор ближнего инфракрасного диапазона и спектрограф без щелей), команда Алларта наблюдала за WASP-121 b почти 37 часов подряд, совершив более одного полного витка. Этот набор данных является наиболее полным из когда-либо зарегистрированных результатов непрерывного наблюдения гелиевого состава планеты.
|
|
|
|
Два гигантских гелиевых хвоста
|
|
|
|
Отслеживая слабое поглощение атомов гелия в инфракрасном диапазоне длин волн, исследователи обнаружили, что газ, окружающий WASP-121 b, распространяется далеко за пределы самой планеты. Сигнал сохранялся на протяжении более половины орбиты планеты, что сделало его самым продолжительным из когда-либо зарегистрированных случаев выхода из атмосферы.
|
|
|
|
Что еще более примечательно, было обнаружено, что частицы гелия образуют два отчетливых хвоста: тянущийся за ними хвост, отталкиваемый от звезды излучением и звездным ветром, и ведущий хвост, изгибающийся перед планетой и, вероятно, притягиваемый внутрь гравитацией звезды.
|
|
|
|
Вместе эти двойные потоки превышают диаметр планеты более чем в 100 раз, покрывая расстояние, в три раза превышающее расстояние между планетой и ее звездой.
|
|
|
|
"Мы были невероятно удивлены, увидев, как долго продолжался выброс гелия", - сказал Алларт, ведущий автор статьи. "Это открытие раскрывает сложные физические процессы, формирующие атмосферы экзопланет, и то, как они взаимодействуют со звездным окружением. Мы только начинаем раскрывать истинную сложность этих миров".
|
|
|
|
Это новый вызов для планетарной науки
|
|
|
|
Современные компьютерные модели выхода из атмосферы, такие как разработанная в Женевском университете и адаптированная для данного исследования, могут объяснить одиночные кометоподобные хвосты, но пока не могут полностью объяснить эту недавно обнаруженную двойную структуру WASP-121 b. Открытие предполагает, что гравитационные силы и ветры, исходящие от звезды, играют решающую роль в формировании этих потоков, и это явление требует нового поколения 3D-моделирования, чтобы понять, как работает физика.
|
|
|
|
"Это действительно поворотный момент", - сказал Алларт. "Теперь нам нужно переосмыслить то, как мы моделируем потерю массы в атмосфере — не просто как простой поток, а с помощью трехмерной геометрии, взаимодействующей со звездой. Это важно для понимания того, как эволюционируют планеты и могут ли планеты-газовые гиганты превращаться в голые скалы".
|
|
|
|
Помимо зрелища двойных хвостов, это открытие имеет глубокие последствия для эволюции планет. Выход или потеря атмосферы - один из ключевых процессов, который определяет, останется ли мир газовым гигантом, сожмется в планету, подобную Нептуну, или превратится в скалистое ядро.
|
|
|
|
Наблюдение за этой динамикой, разворачивающейся в реальном времени вокруг WASP-121 b, дает ученым уникальную возможность испытать модели того, как планеты меняются на протяжении миллиардов лет. Полученный результат может даже помочь объяснить "пустыню Нептуна": почему самые маленькие газовые гиганты, известные как "горячие Нептуны", встречаются так редко. Они могут быть остатками более крупных планет, атмосфера которых была разрушена их звездами.
|
|
|
|
Канадское лидерство в исследовании экзопланет
|
|
|
|
NIRISS - один из четырех научных инструментов JWST. Он был спроектирован и построен Канадским космическим агентством в сотрудничестве с американской транснациональной корпорацией Honeywell, профессором UdeM Рене Дойоном и Национальным исследовательским советом Канады и продолжает играть центральную роль во многих наиболее интересных исследованиях экзопланет, проводимых JWST. Прибор позволяет канадским ученым исследовать атмосферы далеких миров, выявляя их состав, температуру, а теперь и их выход в открытый космос.
|
|
|
|
"Непрерывные высокоточные данные NIRISS - вот что сделало возможным это открытие", - сказал Луи-Филипп Кулон, исследователь IREx и второй автор статьи. "Способ, которым были проведены эти наблюдения — полная фазовая кривая — обеспечивает доступ ко многим свойствам экзопланет, выходящим за пределы их атмосферы, таким как их состав, климат и энергетический баланс. Это наглядная демонстрация междисциплинарного воздействия инструмента и его ценности для глобального сообщества исследователей экзопланет".
|
|
|
|
В обмен на этот важный инструментальный вклад канадские астрономы обеспечили себе несколько сотен часов гарантированного времени наблюдений за Уэббом в течение первых лет его работы. Это включало в себя 200-часовую программу NEAT под руководством Дэвида Лафреньера (IREx/UdeM), в рамках которой были получены эти замечательные данные.
|
|
|
|
Дальнейшие шаги для WASP-121 b и последующих разработок
|
|
|
|
Гелий стал одним из самых мощных индикаторов выхода из атмосферы, и уникальная чувствительность JWST теперь позволяет астрономам обнаруживать его на огромных расстояниях и во времени, как никогда раньше. В то время как данные наземных обсерваторий имеют решающее значение для определения динамики потоков воздуха на планете, непрерывный мониторинг с таких объектов невозможен из-за дневного света и погодных условий, которые разбивают наблюдения на более короткие снимки.
|
|
|
|
Будущие наблюдения JWST будут необходимы для того, чтобы понять, является ли структура с двойным хвостом, обнаруженная вокруг WASP-121 b, уникальной или распространенной среди горячих экзопланет. Изучая подобные системы, исследователи надеются составить более широкую картину того, как излучение и звездные ветры формируют атмосферы планет по всей галактике, чтобы лучше понять их судьбу.
|
|
|
|
Источник
|
