TOI-561 b: открытие атмосферы у ультрагорячей суперземли меняет представления астрономов
Астрономы обнаружили суперземлю с признаками магматического океана, которая совершает полный оборот вокруг своей звезды всего за 10,5 часов. Это открытие меняет представления о формировании и эволюции небольших, но невероятно горячих миров.
Учёные впервые получили убедительные доказательства существования атмосферы у каменистой планеты за пределами Солнечной системы. Группа исследователей под руководством специалистов Института Карнеги с помощью космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» изучила объект TOI-561 b. Это древняя и раскалённая суперземля, где один полный оборот вокруг светила занимает чуть больше десяти часов. Неожиданные данные об атмосфере этой планеты опровергают прежние теории о поведении подобных экстремальных миров.
Планета TOI-561 b примерно в два раза массивнее Земли, но условия на ней совершенно иные. Она обращается настолько близко к своей звезде, что расстояние до светила в сорок раз меньше, чем от Меркурия до Солнца. Один полный оборот планета совершает всего за 10,56 часа. Из-за чрезвычайной близости к звезде планета, вероятно, находится в приливном захвате: одна её сторона постоянно освещена, а другая — погружена в вечную ночь.
Ранее астрономы считали, что такая небольшая и горячая планета должна была быстро лишиться газовой оболочки после своего формирования. Однако новые наблюдения противоречат этому сценарию, заставляя пересмотреть устоявшиеся взгляды на эволюцию планет с ультракоротким периодом обращения.
Несмотря на то, что материнская звезда TOI-561 b значительно старше Солнца, атмосфера планеты, судя по всему, сохранилась. Это также может объяснить её аномально низкую плотность. Планета менее плотная, чем типичное тело земного состава, хотя и не относится к классу так называемых «супер-пухлых» планет. Ведущий автор исследования Йоханна Теске отметила, что необычная плотность может быть связана с небольшим железным ядром и более лёгкими мантийными породами — это соответствует свойствам звезды, бедной железом. TOI-561 b обращается вокруг очень древнего светила и, вероятно, сформировалась в иной химической среде, нежели планеты Солнечной системы. Это делает её уникальным объектом для изучения процессов планетообразования в ранней Вселенной.
Однако одной лишь нестандартной внутренней структурой объяснить все наблюдаемые характеристики не удалось. Учёные предположили, что планета кажется больше и менее плотной именно благодаря наличию плотной атмосферы. Прибор NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб» позволил проверить эту гипотезу, измерив температуру дневной стороны планеты. Если бы TOI-561 b была лишена атмосферы, её поверхность разогревалась бы почти до 4900 градусов по Фаренгейту. Фактические же измерения показали около 3200 градусов. Такой значительный перепад указывает на активное перераспределение тепла. Рассмотрев различные модели, учёные пришли к выводу, что объяснить охлаждение может только присутствие существенной газовой оболочки.
Соавтор исследования Анджали Пьетт пояснила возможный механизм: сильные ветры могут охлаждать дневную сторону, перенося тепло на ночную, такие газы, как водяной пар, способны поглощать излучение, а яркие силикатные облака — отражать часть звёздного света. При этом остаётся загадкой, как атмосфере удаётся удерживаться под воздействием интенсивного излучения звезды. Учёные предполагают существование динамического равновесия: пока одни газы улетучиваются в космос, магматический океан на планете может поглощать их обратно. Соавтор работы Тим Лихтенберг образно сравнил планету с «мокрым лавовым шаром».
Эти данные стали первым результатом обсервационной программы GO 3860 телескопа «Джеймс Уэбб». Команда непрерывно наблюдала систему в течение 37 часов. Анализ продолжается, его целью является уточнение температурной карты и состава атмосферы этого экстремального мира.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal Letters.