Космічний телескоп James Webb дозволив вченим як слід розгледіти планету WASP-121 b. Виявилося, що у цього газового гіганта є одразу два хвости, які відходять від нього вусібіч. Вони складаються з молекул гелію.
Газовий гігант WASP-121 b
Вперше науковці провели безперервний моніторинг витоку атмосфери планети протягом повного оберту навколо зорі та виявили, що газовий гігант WASP-121 b оточений не одним, а двома масивними гелієвими хвостами, що простягаються більш ніж на половину відстані навколо зорі.
Відкриття було зроблене астрономами з Інституту досліджень екзопланет Троттіє (IREx) Монреальського університету та кафедри астрономії Женевського університету (Швейцарія) за допомогою космічного телескопа James Webb (JWST) та його канадського інструменту NIRISS.
Під керівництвом Ромена Алларта, доктора наук Університету Монреаля та IREx, спостереження дало найдетальніше уявлення про втрату атмосфери екзопланети — процес, який із часом може кардинально змінити форму планет.
Екстремальний світ WASP-121 b
WASP-121 b — це те, що астрономи називають «ультрагарячим юпітером», тобто гігантською газовою планетою, яка обертається так близько до своєї зорі, що рік на ній триває лише один день, а в даному випадку — всього 30 годин. Інтенсивне випромінювання зорі нагріває атмосферу планети до тисяч градусів, дозволяючи легким газам, таким як водень і гелій, виходити в космос. Упродовж мільйонів років цей повільний витік може змінити розмір, склад і майбутню еволюцію планети.
Дотепер науковці в основному спостерігали короткі спалахи цих витоків під час транзитів планет — кількох годин, коли планета проходить перед своєю зорею. Але без постійного моніторингу було неможливо дізнатися, наскільки далеко поширювалися ці потоки та як вони еволюціонували з часом.
Використовуючи NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), команда Алларта спостерігала за WASP-121 b протягом майже 37 годин поспіль, охопивши більш ніж одну повну орбіту. Цей набір даних є найповнішим безперервним спостереженням гелієвої сигнатури планети, яке коли-небудь реєструвалося.
Два гігантські гелієві хвости
Відстежуючи слабке поглинання атомів гелію в інфрачервоному діапазоні, дослідники виявили, що газ, який оточує WASP-121 b, простягається далеко за межі самої планети. Сигнал зберігався протягом більше половини орбіти планети, що робить його найдовшим безперервним виявленням витоку атмосфери, яке коли-небудь реєструвалося.
Ще дивовижнішим є те, що частинки гелію утворюють два різних хвости: задній хвіст, відштовхуваний від зорі радіацією та зоряним вітром, і передній хвіст, що вигинається попереду планети, ймовірно, притягуваний гравітацією зорі.
Разом ці два потоки простягаються на відстань, що в 100 разів перевищує діаметр планети, й покривають відстань, що втричі перевищує відстань між планетою та її зорею.
Значення для розуміння еволюції планет
Сучасні комп’ютерні моделі витоку атмосфери, такі як та, що була розроблена в Женевському університеті та адаптована для цього дослідження, можуть пояснити поодинокі хвости, схожі на комети, але ще не можуть повністю пояснити цю нещодавно спостережену подвійну структуру WASP-121 b. Це відкриття свідчить про те, що гравітаційні сили та вітри від зорі відіграють вирішальну роль у формуванні цих потоків, і для розуміння фізичних процесів, що відбуваються, необхідне нове покоління 3D-моделювання.
«Це справді поворотний момент, — сказав Ромен Алларт. — Тепер нам доведеться переосмислити, як ми моделюємо втрату атмосферної маси — не просто як простий потік, а як 3D-геометрію, що взаємодіє зі своєю зорею. Це дуже важливо для розуміння того, як еволюціонують планети й чи можуть газові гіганти перетворитися на голі скелі».
Окрім видовищності подвійних хвостів, це відкриття має глибоке значення для еволюції планет. Втеча або втрата атмосфери — один із ключових процесів, що визначає, чи залишиться світ газовим гігантом, чи скоротиться до розмірів планети, схожої на Нептун, чи перетвориться на скелясте ядро.
Спостереження за цією динамікою в реальному часі навколо WASP-121 b дає науковцям унікальне поле для випробування моделей того, як планети змінюються протягом мільярдів років. Результат може навіть допомогти пояснити «пустелю Нептуна»: чому найменші близькі газові гіганти, відомі як «гарячі нептуни», здаються такими рідкісними. Вони можуть бути залишками більших планет, атмосфери яких були зруйновані їхніми зорями.
Подальші спостереження
Гелій став одним із найпотужніших індикаторів витоку атмосфери, а унікальна чутливість JWST тепер дозволяє астрономам виявляти його на величезних відстанях і часових масштабах, як ніколи раніше. Хоча дані з наземних обсерваторій мають вирішальне значення для визначення динаміки витоку планети, безперервний моніторинг з таких об’єктів неможливий через денне світло і погодні умови, які розбивають спостереження на короткі знімки.
Майбутні спостереження JWST будуть необхідними, щоб з’ясувати, чи є подвійна структура хвоста, виявлена навколо WASP-121 b, унікальною чи поширеною серед гарячих екзопланет. Вивчаючи подібні системи, дослідники сподіваються скласти більш широку картину того, як випромінювання та зоряні вітри формують атмосфери планет у Галактиці, щоб краще зрозуміти їхню долю.
За матеріалами phys.org
