Запретная планета: атмосфера TOI-5205 b оказалась беднее тяжелыми элементами, чем ее собственная звезда

Международная группа астрофизиков под руководством Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и Института Карнеги-колледжа при участии Анджали Пиетт из Бирмингемского университета обнаружила, что атмосфера гигантской экзопланеты TOI-5205 b содержит меньше тяжелых элементов, чем атмосфера ее собственной звезды. Это открытие, опубликованное в журнале The Astronomical Journal, бросает вызов существующим теориям формирования планет, так как объект, получивший название «запретная планета», демонстрирует рекордно низкую металличность по сравнению со своей звездой.

Ученые обнаружили, что необычная гигантская планета, которую иногда называют «запретной» (forbidden planet), может иметь атмосферу с меньшим количеством тяжелых элементов, чем у ее звезды. Астрофизик из Бирмингемского университета Анджали Пиетт работала с международной исследовательской группой над анализом данных космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST), полученных с экзопланеты TOI-5205 b. Эта планета имеет размер с Юпитер и вращается вокруг звезды, которая примерно в четыре раза превышает размер Юпитера и обладает массой около 40% от массы Солнца.

В своей статье, опубликованной в журнале The Astronomical Journal, группа исследователей под руководством Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и Института Карнеги-колледжа показала, что атмосфера этой экзопланеты имеет более низкую концентрацию тяжелых элементов по отношению к водороду, чем у газовых гигантов в нашей Солнечной системе, таких как Юпитер. Более того, металличность экзопланеты, то есть показатель содержания элементов тяжелее водорода и гелия, оказалась ниже, чем у ее собственной звезды.

Доктор Анджали Пиетт подчеркнула важность этих результатов: «Эти результаты имеют важное значение для нашего понимания процесса формирования гигантских планет, который происходит на ранних этапах жизни звезды. Более низкая металличность планеты по сравнению с ее собственной звездой выделяет ее среди всех гигантских планет, изученных на сегодняшний день».

Когда TOI-5205 b проходит перед своей звездой — явление, которое астрономы называют «транзитом», планета блокирует около 6% ее света. Наблюдая за этим транзитом с помощью телескопических приборов, называемых спектрографами, которые расщепляют свет на составляющие его цвета, астрономы могут попытаться расшифровать состав атмосферы планеты и узнать больше о ее истории и взаимоотношениях со звездой.

Планеты рождаются из вращающегося диска газа и пыли, окружающего молодую звезду. Хотя общепринято, что гигантские планеты формируются в этих облачных дисках, образовавшихся в результате рождения звезды, существование массивных планет, таких как TOI-5205 b, вращающихся вокруг холодных звезд на близких расстояниях, поднимает множество вопросов об этом процессе. Наблюдения трех транзитов TOI-5205 b позволили выявить природу атмосферы планеты, в том числе наличие метана (CH₄) и сероводорода (H₂S).

Использовав сложные модели строения планет, команда предсказала, что общий состав TOI-5205 b примерно в 100 раз богаче металлами, чем его атмосфера, что было установлено по данным транзитов. Шубхам Канодия из Института Карнеги-Сайнс пояснил: «Мы наблюдали гораздо более низкую металличность, чем предсказывали наши модели для общего состава планеты, который рассчитывается на основе измерений массы и радиуса планеты. Это говорит о том, что ее тяжелые элементы мигрировали внутрь во время формирования, и теперь ее внутреннее строение и атмосфера не смешиваются. Эти результаты указывают на очень богатую углеродом и бедную кислородом атмосферу планеты».

Данное исследование является частью проекта GEMS Survey, программы, посвященной изучению транзитных гигантских планет вокруг звезд типа M-карликов (красных карликов) с целью понимания их формирования, структуры и атмосферы. Исследователи совместно работали над корректировкой данных, чтобы учесть влияние пятен на звезде-хозяине TOI-5205 b.

Поскольку звезда сильно покрыта пятнами, это оставило свой след в данных — осветлив некоторые длины волн и замаскировав потенциальные признаки в атмосфере. В настоящее время исследователи проверяют этот метод в рамках нового проекта JWST в той же планетной системе, что окажется полезным для будущих исследований этой и других планет вокруг активных звезд.

Таким образом, главный результат исследования заключается в том, что экзопланета TOI-5205 b демонстрирует беспрецедентное явление: ее атмосфера беднее тяжелыми элементами по сравнению со звездой-хозяином. Это открытие, сделанное благодаря точным данным телескопа Джеймс Уэбб, указывает на то, что тяжелые элементы могли мигрировать из атмосферы в недра планеты в процессе ее формирования, что приводит к расслоению состава и ставит под сомнение стандартные модели образования газовых гигантов у холодных звезд.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях