Крошечные камешки создали один из самых экстремальных миров в Галактике

Фото из открытых источников

Крошечные камешки, оставшиеся после формирования звезды, стали питательной средой для развития одного из самых странных и диких миров, которые когда-либо знало человечество. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Это знаменитая планета Тилос, или WASP-121b, газовый гигант, находящийся на расстоянии около 880 световых лет от нас и настолько близкий к своей звезде, что ее атмосфера заполнена облаками испаренного металла.

Новые наблюдения показывают, что этот мир — один из наиболее изученных в Млечном Пути — был создан из пыли и камней, которые окружали звезду, когда система еще находилась на ранних этапах своего формирования.

Дымящийся пистолет? Окись кремния – облака испаренной породы. Используя JWST, группа астрономов идентифицировала молекулу в атмосфере экзопланеты, в дополнение к воде, окиси углерода и метану.

«Относительное содержание углерода, кислорода и кремния дает представление о том, как эта планета сформировалась и приобрела свой материал», — объясняет ведущий автор исследования Томас Эванс-Сома из Университета Ньюкасла в Австралии.

Tylos примерно в 1,75 раза больше радиуса, но всего в 1,16 раза больше массы Юпитера, вращается вокруг желтовато-белой звезды Дильмун, радиус которой в 1,5 раза больше радиуса Солнца, на головокружительной орбите всего за 30 часов. Он так близко к звезде, что буквально испаряется, его атмосфера раздувается от сильного жара.

Пока он кружит вокруг Дильмуна, Тайлос проходит между нами и ним, что означает, что он находится в идеальной конфигурации для изучения. Часть света звезды проходит через пухлую атмосферу экзопланеты и изменяется молекулами в ней по мере своего движения. Астрономы могут кропотливо изучать эти крошечные сигналы, чтобы выяснить, какие молекулы ответственны за изменения.

Tylos — это то, что известно как горячий Юпитер — газовые гигантские миры в ошеломляюще близких окрестностях своих звезд-хозяев. Это своего рода открытый вопрос: они не могут сформироваться на таких близких орбитах, потому что излучение и ветры от звезды не дадут газу накапливаться. Основное объяснение заключается в том, что они формируются дальше и мигрируют внутрь.

Первое обнаружение оксида кремния в атмосфере экзопланеты было описано в статье, опубликованной в 2022 году. Это очень сложная и редкая молекула для обнаружения. Но именно сочетание молекул в атмосфере Тайлоса помогло Эвансу-Соме и его команде выяснить место рождения экзопланеты.

Звезды рождаются из плотных облаков молекулярного газа. По мере вращения материал выстраивается в диск, который наматывается на растущую звезду и питает ее. Как только звезда становится достаточно мощной, чтобы отталкивать материал своими ветрами, ее рост прекращается, и материал, оставшийся в диске, слипается в мелкие камешки пыли и льда, которые слипаются и вырастают, образуя планеты.

При более близком приближении к звезде-хозяину лед сублимируется в газ. Это известно как линия льда или снеговая линия, и разные льды имеют разные точки сублимации.

Изучая соотношения молекул в атмосфере Тайлоса, ученые пришли к выводу, что экзопланета сформировалась на расстоянии от своей звезды, где метан находился в парообразном состоянии, а лед оставался замороженным.

В Солнечной системе это расстояние находится между орбитами Юпитера и Урана. Дильмун горячее нашего Солнца, поэтому расстояние для Тайлоса будет еще больше — что предполагает, что ему пришлось проделать долгий путь, чтобы достичь своего нынешнего положения. Это также одно из лучших доказательств того, как формируются и развиваются горячие Юпитеры.

Но есть и другая загадка. Метан был обнаружен на ночной стороне экзопланеты, которая постоянно обращена в сторону от Дильмуна. Метан нестабилен при высоких температурах и не будет обнаружен на палящей дневной стороне. По мере того, как он движется на ночную сторону, ожидается, что он останется необнаружимым на той же высоте.

Таким образом, обильное изобилие метана в ночной атмосфере Тайлоса предполагает, что происходят некоторые интересные атмосферные процессы. Исследователи считают, что это вертикальное смешивание — сильные восходящие потоки, переносящие метан из глубины атмосферы в верхние слои, где его может обнаружить JWST.

«Это бросает вызов динамическим моделям экзопланет, которые, вероятно, придется адаптировать для воспроизведения сильного вертикального перемешивания, которое мы обнаружили на ночной стороне», — говорит Эванс-Сома.

Хотя мы наблюдали за Тайлосом больше, чем за большинством из почти 6000 экзопланет, существование которых подтверждено на сегодняшний день, этот странный, тающий мир все еще может многому нас научить о планетах Млечного Пути.