Днём — океан магмы, ночью — тьма: экзопланета TOI-561 b играет в прятки с атмосферой

Там, где камень должен был бы давно "выкипеть" до голой поверхности, учёные увидели намёк на атмосферу. Экзопланета TOI-561 b вращается так близко к своей звезде, что её дневная сторона похожа на раскалённый мир с океаном магмы, а ночная — на вечную тень.

Фото: https://ru.freepik.com is licensed under Free

Космос и сияющая энергия

И всё же данные указывают: вокруг этой суперземли может сохраняться плотная газовая оболочка, что для таких условий выглядит почти парадоксом. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal Letters. 

Почему TOI-561 b стала сенсацией

TOI-561 b относится к планетам с ультракоротким периодом обращения: полный виток вокруг звезды занимает меньше 11 часов. Она примерно в 1,4 раза больше Земли по радиусу и примерно вдвое массивнее. Орбита — экстремально тесная, а планета приливно захвачена: одна сторона постоянно "жарится" под светом, другая остаётся в темноте. 

По классическим ожиданиям, небольшие каменистые планеты на таких дистанциях должны терять атмосферу из-за мощного излучения звезды. Именно поэтому TOI-561 b долго считалась неудобным исключением: у неё необычно низкая плотность (около 4,3 г/см³), и это можно объяснить либо "нетипичным" внутренним строением, либо тем, что планета кажется крупнее из-за атмосферы. 

Как Webb помог "увидеть" атмосферу

Команда наблюдала систему TOI-561 более 37 часов с помощью JWST, фиксируя несколько затмений и измеряя излучение дневной стороны в ближнем инфракрасном диапазоне прибором NIRSpec. Идея проста: по яркости в ИК можно оценить температуру дневной стороны и понять, похожа ли планета на "голую" лаву или на мир, где тепло перераспределяет атмосфера. 

Расчёты для варианта без атмосферы дают температуру порядка 2700 °C, но измерения оказались заметно ниже — около 1700-1800 °C. Это расхождение и стало главным аргументом в пользу плотной летучей оболочки: она может переносить тепло ветрами на ночную сторону и частично "экранировать" излучение поверхности, делая планету менее яркой для телескопа. 

Почему эта планета ещё и "очень старая"

Звезда TOI-561 — необычный объект сама по себе: она относится к старому населению толстого диска Млечного Пути и, по оценкам, имеет возраст около 10 млрд лет. В её составе мало железа и много так называемых альфа-элементов (кислород, магний, кремний), что хорошо укладывается в картину ранней химической эволюции Галактики. Этот "химический паспорт" важен, потому что он помогает объяснить, почему каменистая планета могла сформироваться с иным соотношением материалов, чем у Земли. 

Сравнение: атмосфера из испарившейся породы и "летучая" оболочка

Если бы TOI-561 b была просто расплавленным камнем без настоящей атмосферы, её дневная сторона должна была бы светиться ярче и быть существенно горячее. Вариант с тонкой "каменной" паровой оболочкой тоже плохо объясняет наблюдаемый уровень охлаждения. А вот плотная, летучая атмосфера, по данным моделирования, лучше согласуется с более низкой температурой и позволяет перенести часть энергии на ночную сторону, сглаживая контраст между "адским днём" и "вечной ночью". 

Плюсы и минусы гипотезы об атмосфере TOI-561 b

Плюс в том, что наблюдения JWST дают редкую возможность говорить об атмосфере именно у каменистой планеты в экстремальных условиях — это расширяет поиск "тех, кто выжил" среди ультрагорячих суперземель.

Минус в том, что речь идёт о сложной интерпретации спектров и теплового излучения: требуется больше данных, чтобы уточнить состав оболочки и то, как именно она поддерживается на протяжении миллиардов лет. 

Популярные вопросы о TOI-561 b и её атмосфере

Почему атмосфера на такой планете вообще должна была исчезнуть?

Потому что сильное излучение звезды обычно "сдувает" газы у небольших планет на тесных орбитах, особенно за миллиарды лет. 

Что именно увидел JWST — газ или температуру?

Наблюдения NIRSpec измерили тепловое излучение дневной стороны и показали температуру ниже ожидаемой для голой породы; это интерпретируют как признак плотной атмосферы. 

Это "вторая Земля"?

Нет. Это ультрагорячая приливно захваченная суперземля, вероятно с магматическим океаном; интерес здесь в физике атмосфер и эволюции, а не в обитаемости.