Космічний телескоп Джеймса Вебба виявив екзопланету, яка порушує усталені уявлення про те, що може вижити біля зірки. Об’єкт під позначенням TOI‑561 b – так званий «ультрагарячий супер‑Земля» – вкритий океаном магми на дні і виявився огорненим густою спеціфічною атмосферою, що знижує температуру днища планети значно нижче від очікуваного.
Планета розташована приблизно за 280 світлових років від Землі в сузір’ї Секстант (Sextans). Секстант – тьмяний сузір’ї північної півкулі неба, яке було введене у XVII столітті астрономом Йоганом Гевелієм; у сучасній астрономії воно відоме передусім як область, де знаходять віддалені й малопомітні зоряні системи. Радіус TOI‑561 b становить близько 1,4 радіусів Землі, а оберт навколо своєї зірки триває лише 11 годин – таку коротку орбіту фахівці відносять до класу ультракороткоперіодних екзопланет. Планета звертається настільки близько до світила – лише 1/40 від відстані між Меркурієм і Сонцем – що вона перебуває в приливному захопленні: одна півкуля завжди повернена до зірки, інша залишається у постійній темряві, як Місяць щодо Землі.
Як виміряли температуру і чому вона збентежила астрономів
Інструмент NIRSpec на борту Джеймса Вебба вимірював інфрачервоне випромінювання планети, спостерігаючи падіння її світності під час вторинного затемнення, коли TOI‑561 b ховається за диском зірки. За параметрами зорі й відстанню від неї, кам’яна планета без атмосфери мала б нагріватися до приблизно 2 700 °C. Натомість прилади зафіксували лише близько 1 800 °C – різниця, яку команда дослідників змогла пояснити лише однією версією: перед нами товстий шар газів, що пом’якшує нагрів.
Незвична будова і походження планети
TOI‑561 b також має дуже низьку середню густину для свого розміру, що натякає на іншу історію формування, ніж у планет Сонячної системи. Її зоря – старша приблизно у два рази за наше Сонце і має зменшений вміст заліза; ця система розташована в товстому диску Чумацького Шляху. Товстий диск – це складова нашої галактики, насичена старими, хімічно відмінними зорями, котрі утворилися в іншу епоху й у відмінних умовах, ніж молодші зорі тонкого диска, до якого належить Сонце.
З огляду на близькість до зірки, астрономи очікували, що за мільярди років випромінювання й зоряний вітер мають випалити й розвіяти будь‑який газовий покрив. Тим не менше, результати спостережень вказують на зворотне: атмосфера TOI‑561 b, ймовірно, містить багато летких речовин, і саме це дозволило їй зберегтися.
Які гази і явища можуть пояснити спостереження
Учені припускають, що атмосфера багата на леткі сполуки, зокрема пару важчих молекул та водяну пару, які поглинають інфрачервоне випромінювання й перерозподіляють тепло з освітленого боку на нічний. Яскраві хмари з силікатів – мікроскопічних частинок, споріднених породам земної кори – можуть відбивати частину світла і також знижувати ефективну температуру днища. Потужні вітри у верхніх шарах атмосфери переносять тепло, вирівнюючи контраст між «днем» і «ноччю» на планеті.
Автори дослідження, серед яких Йоганна Теске з Carnegie Science Earth and Planets Laboratory у Вашингтоні (це дослідницька установа з довгою історією вивчення планетарних систем), Тим Ліхтенберг з Університету Гронінгена в Нідерландах і Анжалі Пієтт з Університету Бірмінгема у Великій Британії, наголошують, що для пояснення набору даних потрібна саме «товста атмосфера, багата на леткі речовини». Університети Гронінгена та Бірмінгема – відомі центри планетарної науки в Європі, де вивчають моделі утворення планет і динаміку атмосфери.
Що це означає для астрономів і для місії Вебба
Стаття з результатами з’явилася 11 грудня в Astrophysical Journal Letters. Один із ключових завдань телескопа Джеймса Вебба – знаходити та досліджувати атмосфери позасонячних планет: спектри та температурні карти допомагають зіставляти фізичні умови й шукати ознаки хімічних процесів, важливих для життя. Хоча сама TOI‑561 b явно неприємна для життя через екстремальне тепло й магмові океани, її вивчення підказує, як неочікувані атмосферні явища можуть змінити уявлення про те, які світи здатні утримати газове покриття і за яких умов.
Нові спостереження Вебба породжують більше запитань, ніж відповідей: як саме сформувалася ця планета у старому, бідному на залізо середовищі товстого диска галактики, звідки походять її леткі речовини й як довго така атмосфера може витримувати постійний удар зоряного випромінювання – над цими темами наразі працюють міжнародні команди астрономів.
