«Джеймс Уэбб» раскрыл секрет планеты-пушинки: виноват космический смог
Астрономам наконец удалось приоткрыть завесу тайны над одним из самых необычных типов планет во Вселенной — так называемых «суперпаффов» (или планетой-пушинкой). Это миры, которые по размерам могут сравниться с газовым гигантом вроде Сатурна, но при этом их масса настолько мала, что они буквально «парят» в космосе, обладая плотностью, сопоставимой с сахарной ватой.
Главным объектом изучения стала планета Kepler-51d, расположенная в 2600 световых годах от Земли в системе молодой звезды, похожей на наше Солнце. Возраст этой системы — всего 500 миллионов лет (для сравнения, наше Солнце существует уже 4,6 миллиарда лет). Kepler-51d привлекла внимание ученых своей экстремальной природой: при массе всего в 5,6 масс Земли ее радиус составляет более 9 радиусов Земли. Если представить её надувным шариком, то он был бы размером с легковой автомобиль, но весил бы не больше пары мешков картошки.
Как такое вообще возможно? Этот вопрос не давал покоя планетологам. Основная гипотеза заключалась в том, что эти планеты окутаны гигантской, невероятно раздутой оболочкой из водорода и гелия. Но новая работа, в The Astronomical Journal и основанная на данных инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), предлагает более утонченное объяснение загадочному облику планеты.
Наблюдая, как свет далекой звезды проходит сквозь атмосферу Kepler-51d во время транзита (прохождения планеты по диску звезды), ученые получили спектр — своего рода «отпечаток пальца» атмосферы. И этот отпечаток оказался необычным.
Вместо ожидаемых пиков, указывающих на присутствие определенных газов (например, водяного пара или метана), спектр показал плавный, но отчетливый наклон. Это означает, что планета кажется больше в коротких (синих) волнах и меньше в длинных (красных). Такой эффект хорошо объясняется наличием на большой высоте плотной дымки, состоящей из мельчайших твердых частиц.
По сути, Kepler-51d окутана космическим «туманом» или «смогом», похожим на тот, что окутывает спутник Сатурна — Титан. Эти частицы, размером менее микрона (в сотни раз тоньше человеческого волоса), рассеивают свет, скрывая от нас истинные очертания планеты и делая её атмосферу непроницаемой для наблюдений в поисках водяного пара или метана. Ученые предполагают, что эта дымка образуется на очень большой высоте, при давлении всего в 1–100 микробар (в сотни тысяч раз ниже атмосферного давления на Земле).
Однако у команды исследователей была и альтернативная версия. Возможно, мы видим не атмосферу, а систему колец, как у Сатурна. Математическое моделирование показало, что тонкое, разреженное кольцо из пылевых частиц тоже могло бы создать наблюдаемый эффект. Но тут вмешалась физика: расчеты показали, что такие мелкие частицы в кольце проживут не более 100 тысяч лет, после чего они либо упадут на планету, либо будут унесены прочь. Учитывая, что возраст самой планеты в 5000 раз больше, наличие устойчивых колец крайне маловероятно. Разве что мы случайно застали момент недавней космической катастрофы — столкновения двух тел, которое породило временное пылевое облако.
Таким образом, главным и наиболее вероятным виновником необычного вида Kepler-51d признана именно высотная фотохимическая дымка. Она состоит из сложных органических соединений (так называемых «толинов»), которые образуются под действием ультрафиолета молодой и активной звезды.
Это открытие важно не только для понимания устройства одной далекой планеты. Оно дает ключ к объяснению того, почему так много умеренно теплых планет (с температурой около 350 °C) кажутся нам «пушистыми» и бесформенными. Скорее всего, именно в этом диапазоне температур условия для образования стабильной и плотной дымки наиболее благоприятны. Kepler-51d стала самым холодным и самым ярким примером мира, чья атмосфера скрыта за непроницаемой завесой космического смога.