|
Планета, покрытая сверхгорячей лавой
|
|
|
|
Команда астрономов под руководством Карнеги обнаружила самые убедительные доказательства наличия атмосферы вокруг скалистой планеты за пределами нашей Солнечной системы. Их работа, опубликованная в Astrophysical Journal Letters, использовала JWST НАСА, чтобы выявить инопланетную атмосферу в неожиданном месте — древней, сверхгорячей Суперземле, на которой, вероятно, находится океан магмы.
|
|
|
|
TOI-561 b - это скалистый мир, масса которого примерно в два раза превышает массу Земли, но он мало похож на нашу родную планету из-за своей близости к звезде-хозяину. Хотя звезда немного менее массивна и холоднее нашего Солнца, ее орбита находится на расстоянии одной сороковой от Меркурия в нашей солнечной системе. На TOI-561 b год длится всего 10,56 часов, и одна сторона планеты постоянно освещена дневным светом.
|
|
|
|
"Основываясь на том, что мы знаем о других системах, астрономы могли бы предсказать, что планета, подобная этой, слишком мала и горяча, чтобы сохранять свою атмосферу в течение длительного времени после образования", - пояснила постдокторантка Carnegie Science Николь Уоллак, второй автор статьи. - Но наши наблюдения показывают, что она окружена относительно толстым слоем газа, что опровергает общепринятые представления о планетах со сверхкоротким периодом существования".
|
|
|
|
В нашей солнечной системе планеты меньшего размера и с более высокой температурой были не в состоянии удерживать первичную газовую оболочку, которая окружала их в период их становления. Но звезда TOI-561 b намного старше нашего Солнца, и ее атмосфера остается нетронутой.
|
|
|
|
|
|
|
Наличие такой атмосферы может помочь объяснить необычно низкую плотность планеты.
|
|
|
|
"Это не то, что мы называем суперсладкой планетой или "сахарной ватой", но она менее плотная, чем можно было бы ожидать, если бы она имела состав, подобный земному", - объяснила астроном из Научного центра Карнеги Джоанна Теске, ведущий автор статьи.
|
|
|
|
При разработке программы наблюдений команда ученых исходила из того, что низкая плотность планеты может быть объяснена относительно небольшим железным ядром и мантией, состоящей из горных пород, которые менее плотны, чем породы, составляющие недра Земли.
|
|
|
|
Теске отмечает, что это может иметь смысл: "TOI-561 b отличается от других планет со сверхкоротким периодом обращения тем, что она вращается вокруг очень старой - в два раза старше Солнца — бедной железом звезды в области Млечного Пути, известной как толстый диск. Должно быть, она сформировалась в совершенно иной химической среде, чем планеты нашей собственной солнечной системы".
|
|
|
|
Это означает, что его состав может быть характерен для планет, которые сформировались, когда Вселенная была относительно молодой.
|
|
|
|
Но экзотическая внутренняя композиция не может объяснить всего.
|
|
|
|
Решив изучить TOI-561 b, исследовательская группа также предположила, что он может быть окружен плотной атмосферой, из-за которой он выглядит больше и, следовательно, менее плотным.
|
|
|
|
Чтобы проверить наличие атмосферы у TOI-561 b, астрономы использовали прибор JWST Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) для измерения дневной температуры планеты на основе ее яркости в ближнем инфракрасном диапазоне. Методика, которая включает измерение уменьшения яркости системы звезда-планета по мере того, как планета движется позади звезды, аналогична той, которая используется для поиска атмосфер в системе TRAPPIST-1 и на других каменистых планетах.
|
|
|
|
Если бы TOI-561 b была голой скалой без атмосферы, способной переносить тепло на ночную сторону, ее дневная температура должна была бы приближаться к 4900 градусам по Фаренгейту (2700 градусов по Цельсию). Но наблюдения NIRSpec показывают, что дневная сторона планеты, по—видимому, приближается к 3200 градусам по Фаренгейту (1800 градусов по Цельсию) - все еще чрезвычайно горячая, но намного холоднее, чем ожидалось.
|
|
|
|
Чтобы объяснить результаты, команда рассмотрела несколько различных сценариев. В магматическом океане могло бы циркулировать некоторое количество тепла, но без атмосферы темная сторона, вероятно, была бы твердой, что ограничивало бы отток с дневной стороны. Тонкий слой пара горных пород на поверхности океана магмы также возможен, но сам по себе он, вероятно, будет иметь гораздо меньший охлаждающий эффект, чем наблюдаемый.
|
|
|
|
"Нам действительно нужна плотная, богатая летучими веществами атмосфера, чтобы объяснить все эти наблюдения", - говорит соавтор исследования Анджали Пиетт из Бирмингемского университета, Великобритания, бывший научный сотрудник Карнеги. "Сильные ветры будут охлаждать дневную сторону, перенося тепло на ночную. Газы, такие как водяной пар, будут поглощать некоторые длины волн ближнего инфракрасного излучения, излучаемого поверхностью, прежде чем они поднимутся в атмосферу. (Планета выглядела бы холоднее, потому что телескоп улавливает меньше света.) Также возможно, что на ней есть яркие силикатные облака, которые охлаждают атмосферу, отражая свет звезд."
|
|
|
|
Хотя наблюдения JWST предоставляют убедительные доказательства существования такой атмосферы, остается открытым вопрос: как может маленькая планета, подвергающаяся воздействию такой интенсивной радиации, вообще сохранять какую-либо атмосферу, не говоря уже о такой существенной? Некоторые газы, должно быть, улетучиваются в космос, но, возможно, не так эффективно, как ожидалось.
|
|
|
|
"Мы думаем, что существует равновесие между океаном магмы и атмосферой. В то самое время, когда газы выходят из планеты, чтобы наполнить атмосферу, океан магмы всасывает их обратно в недра", - сказал соавтор Тим Лихтенберг из Университета Гронингена в Нидерландах, который также является участником возглавляемого Карнеги атмосферного эмпирического теоретического и экспериментального исследования. (Эфир) проектная группа. "Эта планета, должно быть, намного богаче летучими веществами, чем Земля, чтобы объяснить эти наблюдения. Она действительно похожа на шар из мокрой лавы".
|
|
|
|
Теске заключил: "Что действительно интересно, так это то, что этот новый набор данных открывает еще больше вопросов, чем дает ответов".
|
|
|
|
Это первые результаты программы JWST General Observers Program 3860, которая включала в себя непрерывное наблюдение за системой в течение более 37 часов, в то время как TOI-561 b совершила почти четыре полных оборота вокруг звезды. В настоящее время команда анализирует весь набор данных, чтобы составить карту температуры по всей планете и уточнить состав атмосферы.
|
|
|
|
Руководство Теске и Уоллака в этой работе JWST отражает традицию научного превосходства Карнеги, восходящую к самой ранней концепции миссии три десятилетия назад и продолжающуюся в течение первых четырех циклов использования революционного космического телескопа.
|
|
|
|
С тех пор как JWST завершил калибровку и начал собирать данные для программ астрономических исследований, Теске, Уоллак и другие ученые из Лаборатории Земли и планет Карнеги и связанных с ней обсерваторий возглавили более десятка команд JWST и объявили о новаторских результатах, касающихся атмосфер экзопланет, формирования галактик и многого другого.
|
|
|
|
"Эти прорывы, основанные на JWST, напрямую связаны с нашим многолетним опытом в понимании того, как характеристики экзопланет формируются в результате планетарной эволюции и динамики", - сказал директор лаборатории Земли и планет Майкл Уолтер. - На горизонте ждут еще более захватывающие результаты, и мы готовы к новой волне научных исследований JWST под руководством Карнеги в следующем году".
|
|
|
|
Источник
|
