Гигантские облака гелия выдуваются из атмосферы экзопланеты WASP-107b

Представьте себе мир, настолько легкий и раздутый, что его называют «супер-пухлым». Планета, размером с Юпитер, но столь невесомая, что могла бы плавать в гигантском космическом океане. Это WASP-107b — экзопланета, которая продолжает удивлять ученых. Недавно она преподнесла астрономам еще один «подарок», позволив заглянуть в бурные процессы, способные навсегда изменить судьбу целого мира. С помощью космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) международная команда исследователей стала свидетелем грандиозного космического спектакля — гигантских облаков гелия, срывающихся с планеты и улетающих в космос. Это открытие — не просто наблюдение редкого явления; это ключ к пониманию того, как планеты теряют свои атмосферы, эволюционируют и обретают свои окончательные черты.

Международная группа астрономов, включающая специалистов из Женевского университета (UNIGE) и Национального центра компетенций PlanetS, совершила прорывное наблюдение, зафиксировав мощные выбросы гелия из атмосферы экзопланеты WASP-107b. Данные, полученные с космического телескопа Джеймс Уэбб, были успешно интерпретированы с помощью моделей, разработанных в UNIGE. Результаты этого анализа, опубликованные в журнале Nature Astronomy, предоставляют беспрецедентно детальную картину процесса атмосферного побега, играющего решающую роль в эволюции планет, особенно тех, что находятся экстремально близко к своим звездам.

Явление «утечки атмосферы», при котором планета необратимо теряет часть своего газового покрова в космос, является универсальным. Даже Земля постоянно теряет около 3 килограммов вещества в секунду, преимущественно водорода. Однако для таких планет, как WASP-107b, этот процесс принимает катастрофические масштабы. Благодаря беспрецедентной чувствительности телескопа JWST ученые впервые идентифицировали с его помощью гелий в атмосфере экзопланеты, что позволило детально изучить динамику побега.

WASP-107b, открытая в 2017 году, является эталонным представителем класса «супер-пухлых» экзопланет. Она находится в семь раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, и обладает крайне низкой плотностью: при размерах, сопоставимых с Юпитером, ее масса составляет лишь десятую часть от массы газового гиганта. Наблюдения Уэбба выявили гигантское облако гелия в экзосфере планеты, которое частично затмевает свет звезды. Моделирование, проведенное командой ученых, подтвердило, что потоки гелия растянулись вдоль орбитального пути планеты, образуя «хвост» длиной почти в десять ее радиусов, что наглядно демонстрирует мощь атмосферного утекания.

Помимо гелия, данные спектроскопии Уэбба позволили обнаружить в атмосфере WASP-107b пары воды, оксид углерода, углекислый газ и аммиак, но при этом отметить отсутствие метана. Этот химический «отпечаток пальца» является бесценной подсказкой для реконструкции истории планеты. Ученые полагают, что WASP-107b сформировалась гораздо дальше к своей звезде, а затем мигрировала на текущую орбиту. Экстремальный нагрев привел к раздуванию ее и без того разреженной атмосферы и запустил интенсивный процесс газопотери, который наблюдается сегодня.

Изучение WASP-107b служит ключевым источником знаний об эволюции и динамике экзопланет. Как поясняют исследователи UNIGE, моделирование атмосферного побега — одно из их центральных направлений, поскольку это явление, вероятно, ответственно за многие наблюдаемые особенности популяций экзопланет, такие как отсутствие атмосфер у некоторых каменистых тел.

На примере нашей Солнечной системы видно, что сравнительно слабый побег не оказал решающего влияния на Землю, но, возможно, стал одной из причин потери воды и формирования плотной, непригодной для жизни атмосферы Венеры. Таким образом, понимание механизмов, буквально сдувающих атмосферы с планет, необходимо не только для изучения далеких миров, но и для полного осмысления истории нашего собственного космического дома.