Телескоп Уэбба нашёл невозможное: раскалённый мир нарушил базовые ожидания астрономов

Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба зафиксировали неожиданное явление: чрезвычайно горячая каменистая экзопланета сумела сохранить плотную атмосферу, хотя по всем теориям она должна была давно её потерять. Это открытие заставляет пересмотреть представления о том, как эволюционируют близкие к звёздам планеты. Об этом сообщает Earth.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Выброс плазмы от красного карлика

Загадка супер-Земли TOI-561 b

Экзопланета TOI-561 b относится к классу так называемых супер-Земель и обращается вокруг своей звезды всего за 10,5 часа. Она находится так близко к светилу, что одна её сторона постоянно обращена к звезде и погружена в вечный день, а другая остаётся в бесконечной ночи. При таких условиях поверхность планеты должна быть практически оголённой.

Однако данные JWST показали обратное. Вместо "голой" раскалённой породы учёные обнаружили признаки достаточно плотной атмосферы, богатой летучими веществами. Подобные случаи уже заставляли астрономов пересматривать представления о том, как ведут себя атмосферы экзопланет в экстремальных условиях.

Почему эта планета не вписывается в модели

Даже без учёта атмосферы TOI-561 b выглядит необычно. Её плотность ниже, чем должна быть у планеты с земным соотношением железа и силикатов. Это указывает либо на нестандартное внутреннее строение, либо на внешние факторы.

Важную роль играет происхождение планеты. Она сформировалась вокруг древней звезды, бедной железом, расположенной в так называемом "толстом диске" Млечного Пути. Эта звезда примерно вдвое старше Солнца.

"TOI-561 b возникла в совершенно иной химической среде, чем планеты нашей Солнечной системы", — пояснила ведущий автор работы Йоханна Теске.

Это делает планету представителем раннего поколения миров, сформированных из других "строительных материалов".

Как Уэбб "увидел" атмосферу

Чтобы понять, покрыта ли планета атмосферой, команда использовала инструмент NIRSpec телескопа JWST. Во время вторичного затмения, когда планета скрывалась за звездой, астрономы измерили инфракрасное излучение её дневной стороны.

Если бы TOI-561 b не имела атмосферы, температура раскалённой стороны достигала бы около 2700 °C. Однако измерения показали примерно 1800 °C — всё ещё экстремально жарко, но заметно холоднее ожидаемого.

Такое "охлаждение" невозможно объяснить только лавовым океаном или тонким слоем испарённых пород. Наиболее логичное объяснение — наличие плотной атмосферы, которая перераспределяет тепло и частично экранирует излучение. Именно так учёные всё чаще определяют состав далёких экзопланет без прямого наблюдения их поверхности.

Из чего может состоять атмосфера

По мнению учёных, ключевую роль играют быстрые ветры и летучие газы. Водяной пар способен поглощать инфракрасное излучение, а облака из силикатных частиц могут отражать часть звёздного света.

"Чтобы объяснить все наблюдения, нам действительно нужна плотная атмосфера, богатая летучими веществами", — подчеркнула соавтор исследования Анджали Пьетт.

Такая атмосфера может переносить тепло на ночную сторону планеты, снижая экстремальный контраст температур.

Баланс между магмой и небом

Главный вопрос — как атмосфера выжила под жёстким излучением звезды на протяжении миллиардов лет. Исследователи предполагают, что планета находится в состоянии динамического равновесия.

Поверхность TOI-561 b, вероятно, представляет собой глобальный океан магмы. Газы постоянно выделяются из расплавленных пород, пополняя атмосферу, в то время как высокоэнергетическое излучение звезды уносит часть молекул в космос. При этом атмосфера может частично растворяться обратно в магме.

"Одновременно с тем, как газы выходят наружу, магматический океан втягивает их обратно внутрь планеты", — объяснил Тим Лихтенберг из Университета Гронингена.

Популярные вопросы о супер-Землях с атмосферой

Почему наличие атмосферы здесь считается неожиданным?
Планета слишком горячая и близкая к звезде, чтобы, согласно теориям, удерживать газы.

Может ли такая планета быть обитаемой?
Нет, условия на TOI-561 b экстремальны, но она важна для понимания физики планет.

Что будет дальше изучаться?
Учёные планируют картировать температуру по всей планете и уточнить состав атмосферы.