Космический телескоп James Webb позволил ученым как следует рассмотреть планету WASP-121b. Оказалось, что у этого газового гиганта есть сразу два хвоста, которые отходят от него в разные стороны. Они состоят из молекул гелия.
Газовый гигант WASP-121b
Впервые ученые провели непрерывный мониторинг утечки атмосферы планеты в течение полного оборота вокруг звезды и обнаружили, что газовый гигант WASP-121 b окружен не одним, а двумя массивными гелиевыми хвостами, простирающимися более чем на половину расстояния вокруг звезды.
Открытие было сделано астрономами из Института исследований экзопланет Троттие (IREx) Монреальского университета и кафедры астрономии Женевского университета (Швейцария) с помощью космического телескопа James Webb (JWST) и его канадского инструмента NIRISS.
Под руководством Ромена Алларта, доктора наук Университета Монреаля и IREx, наблюдение дало самое подробное представление о потере атмосферы экзопланеты — процессе, который со временем может кардинально изменить форму планет.
Экстремальный мир WASP-121 b
WASP-121 b — это то, что астрономы называют «ультрагорячим юпитером», то есть гигантской газовой планетой, которая вращается так близко к своей звезде, что год на ней длится всего один день, а в данном случае — всего 30 часов. Интенсивное излучение звезды нагревает атмосферу планеты до тысяч градусов, позволяя легким газам, таким как водород и гелий, выходить в космос. В течение миллионов лет эта медленная утечка может изменить размер, состав и будущую эволюцию планеты.
До сих пор ученые в основном наблюдали короткие вспышки этих истоков во время транзитов планет — несколько часов, когда планета проходит перед звездой. Но без постоянного мониторинга невозможно было узнать, насколько далеко распространялись эти потоки и как они эволюционировали со временем.
Используя NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), команда Алларта наблюдала за WASP-121 b в течение почти 37 часов подряд, охватив более одной полной орбиты. Этот набор данных является самым полным непрерывным наблюдением когда-либо регистрировавшегося гелиевой сигнатуры планеты.
Два гигантских гелиевых хвоста
Отслеживая слабое поглощение атомов гелия в инфракрасном диапазоне, исследователи обнаружили, что окружающий WASP-121 b газ простирается далеко за пределы самой планеты. Сигнал сохранялся в течение более половины орбиты планеты, что делает его самым длинным непрерывным обнаружением утечки атмосферы, которая когда-либо регистрировалась.
Еще более удивительно то, что частицы гелия образуют два разных хвоста: задний хвост, отталкиваемый от звезды радиацией и звездным ветром, и передний хвост, изгибающийся впереди планеты, вероятно, притягиваемый гравитацией звезды.
Итого эти два потока простираются на расстояние, в 100 раз превышающее диаметр планеты, и покрывают расстояние, втрое превышающее расстояние между планетой и ее звездой.
Значение для понимания эволюции планет
Современные компьютерные модели утечки атмосферы, такие как разработанная в Женевском университете и адаптированная для этого исследования, могут объяснить единичные хвосты, похожие на кометы, но еще не могут полностью объяснить эту недавно наблюдаемую двойную структуру WASP-121 b. Это открытие свидетельствует о том, что гравитационные силы и ветры от звезды играют решающую роль в формировании этих потоков, и для понимания происходящих физических процессов необходимо новое поколение 3D-моделирования.
«Это действительно поворотный момент, — сказал Ромен Алларт. — Теперь нам придется переосмыслить, как мы моделируем потерю атмосферной массы — не просто как простой поток, а как 3D-геометрию, взаимодействующую со своей звездой. Это очень важно для понимания того, как эволюционируют планеты и могут ли газовые гиганты превратиться в голые скалы».
Помимо зрелищности двойных хвостов это открытие имеет глубокое значение для эволюции планет. Бегство или потеря атмосферы — один из ключевых процессов, определяющий, останется ли мир газовым гигантом, сократится ли до размеров планеты, похожей на Нептун, или превратится в скалистое ядро.
Наблюдение за этой динамикой в реальном времени вокруг WASP-121b дает ученым уникальное поле для испытания моделей того, как планеты изменяются в течение миллиардов лет. Результат может даже помочь объяснить «пустыню Нептуна»: почему самые маленькие близкие газовые гиганты, известные как «горячие нептуны», кажутся такими редкими. Они могут быть остатками более крупных планет, атмосферы которых были разрушены их звездами.
Дальнейшие наблюдения
Гелий стал одним из самых мощных индикаторов утечки атмосферы, а уникальная чувствительность JWST теперь позволяет астрономам обнаруживать его на огромных расстояниях и временных масштабах, как никогда раньше. Хотя данные из наземных обсерваторий имеют решающее значение для определения динамики утечки планеты, непрерывный мониторинг из таких объектов невозможен из-за дневного света и погодных условий, которые разбивают наблюдения на короткие снимки.
Предстоящие наблюдения JWST будут необходимы, чтобы выяснить, есть ли двойная структура хвоста, обнаруженная вокруг WASP-121 b, уникальной или распространенной среди горячих экзопланет. Изучая подобные системы, исследователи надеются составить более широкую картину того, как излучение и звездные ветры формируют атмосферу планет в Галактике, чтобы лучше понять их судьбу.
По материалам phys.org
