Открытие двойного гелиевого хвоста экзопланеты WASP-121 b: новый взгляд на эволюцию планет
Астрономы, использующие космический телескоп Джеймс Уэбб, наблюдают за гигантской планетой, которую сопровождают два огромных газовых хвоста, простирающихся в космос вокруг нее, что является результатом непрерывной потери атмосферы.
Ученые впервые смогли наблюдать, как атмосфера далекой экзопланеты утекает в космос, и обнаружили неожиданное зрелище: газовый гигант WASP-121 b, раскаленный до невероятных температур, окружен не одним, а двумя гигантскими гелиевыми хвостами, простирающимися на расстояние, превышающее половину его орбиты вокруг звезды. Это открытие, сделанное с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб, не только поражает воображение, но и заставляет пересмотреть представления о том, как рождаются, живут и умирают планеты в других системах.
Открытие стало результатом работы международной команды астрономов из Института Троттье по исследованию экзопланет Монреальского университета и Женевского университета. Используя уникальные возможности инструмента NIRISS на борту телескопа Уэбба, ученые под руководством Романа Алларта провели беспрецедентный 37-часовой сеанс наблюдений, охвативший более одного полного орбитального периода планеты. Этот непрерывный мониторинг позволил получить самую детальную на сегодняшний день картину атмосферного побега — процесса, который может превратить газового гиганта в безжизненное каменное ядро.
WASP-121 b представляет собой класс так называемых сверхгорячих юпитеров. Этот мир находится настолько близко к своей звезде, что совершает полный оборот вокруг нее всего за 30 часов, а его атмосфера разогрета до двух с половиной тысяч градусов по Цельсию. В таких экстремальных условиях легкие элементы, такие как водород и гелий, не могут удерживаться гравитацией планеты и улетучиваются в окружающее пространство. Ранее ученые могли наблюдать лишь краткие фрагменты этого процесса во время транзитов, когда планета ненадолго проходит перед диском своей звезды. Однако для понимания истинных масштабов и динамики утечки атмосферы требовалось непрерывное наблюдение, которое и удалось осуществить теперь.
Анализ данных выявил следующую картину. Атомы гелия, покидающие раскаленную атмосферу, формируют два отдельных и массивных хвоста. Один из них, «ведомый», отталкивается прочь от звезды под давлением ее излучения и звездного ветра. Второй, «ведущий», изгибается вперед по орбите планеты, вероятно, притягиваясь гравитационным полем звезды. Вместе эти структуры образуют гигантский шлейф, протяженность которого в три раза больше расстояния от WASP-121 b до ее звезды. Продолжительность сигнала, сохранявшегося более половины орбиты, делает это наблюдение самым длительным непрерывным обнаружением атмосферного истечения в истории астрономии.
Это открытие бросает вызов существующим теоретическим моделям. Современные компьютерные симуляции, в том числе разработанные в Женевском университете, успешно описывали формирование одиночных кометообразных хвостов, но не предсказывали возникновение двойной структуры. Обнаружение двух хвостов указывает на сложное трехмерное взаимодействие между атмосферой планеты, ее гравитационным полем, излучением звезды и звездным ветром. Для объяснения этого феномена потребуется новое поколение моделей, которые будут рассматривать атмосферный побег не как простой одномерный поток, а как сложную геометрическую структуру, динамически изменяющуюся в пространстве.
Научное значение этого открытия выходит далеко за рамки изучения одной конкретной экзопланеты. Процесс утечки атмосферы является ключевым механизмом, определяющим эволюционный путь планеты. Он отвечает за возможную трансформацию газового гиганта в планету типа Нептуна или даже в полностью лишенное атмосферы каменное ядро.
Наблюдение за этим процессом в реальном времени возле WASP-121 b дает ученым уникальную возможность проверить теории, описывающие изменения планет на протяжении миллиардов лет. В частности, это может пролить свет на загадку «пустыни Нептунов» — наблюдаемого дефицита планет размером с Нептун на очень близких к звездам орбитах. Вероятно, многие из таких миров когда-то были более массивными газовыми гигантами, чьи атмосферы были полностью сдуты их родительскими звездами.
Будущие наблюдения на телескопе Джеймс Уэбб будут направлены на то, чтобы выяснить, является ли двойная хвостовая структура уникальной особенностью WASP-121 b или распространенным явлением среди сверхгорячих планет.