Экзопланета, напоминающая «влажный лавовый шар», бросает вызов всем ожиданиям

Фото из открытых источников

Мир, покрытый расплавленной лавой и плотной оболочкой из испарившейся породы, может быть самым убедительным на сегодняшний день доказательством существования каменистой экзопланеты с атмосферой за пределами нашей Солнечной системы. Результаты данного исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Согласно новому исследованию, проведенному учеными из Института Карнеги-колледжа, планета TOI-561 b — это сверхгорячая суперземля, под плотной атмосферой которой, по-видимому, находится глобальный магматический океан.

TOI-561 b — это также древняя астрофизическая загадка, которая бросает вызов нашим представлениям о невероятно горячих экзопланетах, захваченных головокружительно быстрым движением вокруг своих звезд.

Экзопланета вращается вокруг своей звезды на расстоянии менее 1,6 миллиона километров, что составляет всего одну сороковую часть расстояния между Солнцем и Меркурием, представляя собой приливно заблокированный адский пейзаж, одна сторона которого залита вечным светом, а другая погружена в вечную тьму.

Любопытно, что ей каким-то образом удалось сохранить свою атмосферу на протяжении миллиардов лет, несмотря на интенсивное звездное излучение, которое, как считается, лишает подобные планеты газовой оболочки, превращая их в голые, тлеющие камни, если не в расплавленные шары лавы.

«Основываясь на наших знаниях о других системах, астрономы предсказали бы, что такая планета слишком мала и горяча, чтобы долго сохранять свою атмосферу после образования», — говорит астроном из Института Карнеги-Сайнс Николь Уоллак.

TOI-561 b известна как планета со сверхкоротким периодом обращения (USP) из-за своей узкой орбиты, по которой она совершает полный оборот менее чем за 11 часов. По размерам она примерно в два раза превышает массу Земли и в 1,4 раза — радиус Земли.

Она вращается вокруг чрезвычайно старой звезды, которая немного менее массивна и холоднее Солнца. Эта звезда содержит мало железа и богата альфа-элементами, такими как кислород, магний, кремний, которые образовались в результате термоядерного синтеза массивных звезд в ранней Вселенной.

Она также расположена в толстом диске Млечного пути, галактической области, подобной звездному поселению на пенсии. Эти факторы указывают на то, что возраст звезды составляет около 10 миллиардов лет, что более чем в два раза превышает возраст Солнца.

Исследователи также отметили, что TOI-561 b имеет необычно низкую плотность, всего лишь примерно в четыре раза превышающую плотность воды. Это может быть связано с тем, что TOI-561 b имеет относительно небольшое железное ядро и может состоять из пород, которые менее плотные, чем породы земной коры, — состав, который имеет смысл, если TOI-561 b образовался в ранней Вселенной, когда железа было меньше.

С другой стороны, это также может быть связано с тем, что у TOI-561 b есть атмосфера, из-за которой он кажется больше, чем есть на самом деле.

Чтобы установить, обусловлена ли более низкая, чем ожидалось, плотность TOI-561 b наличием атмосферы, исследователи использовали данные телескопа JWST, который наблюдал за системой планеты в течение 37 часов и почти четырех полных витков вокруг своей звезды.

Измерив яркость дневной стороны TOI-561 b в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью спектрографа NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) телескопа Webb, исследователи смогли рассчитать его температуру и, следовательно, определить, вероятно ли наличие у него атмосферы.

Без атмосферы температура TOI-561 b должна составлять около 2700 градусов Цельсия (4900 градусов Фаренгейта), но измерения показали, что она ближе к более низкой отметке в 1800 градусов Цельсия.

Исследователи предполагают, что атмосфера может «охлаждать» сторону TOI-561 b со стороны звезды несколькими способами: ветры в атмосфере могут переносить часть тепла с дневной стороны на ночную, а водяной пар может поглощать ближний инфракрасный свет с поверхности планеты, из-за чего она кажется холоднее.

Но как же звезде TOI-561 b удалось сохранить такую плотную атмосферу на протяжении миллиардов лет, находясь так близко к своей звезде?

Команда исследователей считает, что экзопланета, возможно, достигла равновесия между своей атмосферой и покрывающим поверхность магматическим океаном, который без атмосферы полностью замерз бы на ночной стороне.

Вместо этого исследователи полагают, что газы могли просачиваться из коры экзопланеты, питая атмосферу, при этом часть из них неизбежно улетучилась в космос. В то же время огромный магматический океан мог действовать как поглотитель, втягивая газы обратно во внутренние слои планеты.

Содержание железа в экзопланете может играть здесь свою роль: тот же элемент, который связывает кислород в наших красных кровяных клетках, может помочь TOI-561 удерживать свою атмосферу, захватывая летучие химические вещества в своем магматическом океане или ядре.

«На основе анализа выборки каменистых планет с ограничениями по яркостной температуре дневной стороны видно, что планеты с температурой облучения, превышающей ~2000 К, способны восполнять летучие оболочки быстрее, чем они теряются», — пишут исследователи в своей статье.

Однако для точного определения причин плотной атмосферы объекта TOI-561 b потребуются дальнейшие теоретические и наблюдательные исследования.