Тайна лавового мира: как сверхгорячая суперземля обрела атмосферу
С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» исследователи получили самые убедительные на сегодняшний день свидетельства существования плотной атмосферы у сверхгорячей суперземли TOI-561 b. Это открытие не только раскрывает природу этого раскаленного лавового мира, но и бросает вызов устоявшимся представлениям об эволюции планет, находящихся в опасной близости от своих звезд.
Планета TOI-561 b представляет собой экстремальный и редкий класс экзопланет со сверхкоротким периодом обращения. Она вращается вокруг своей звезды, немного уступающей Солнцу в размерах и температуре, на расстоянии около полутора миллионов километров, совершая полный оборот менее чем за 11 земных часов. Это в сорок раз ближе, чем Меркурий к нашему Солнцу. Такая близость означает, что планета, вероятно, находится в приливном захвате, обращаясь к звезде одной стороной, где температуры должны были достигать 2700 градусов Цельсия – достаточно, чтобы расплавить большинство горных пород.
Именно эта дневная сторона и стала ключом к открытию. Исследователи во главе с Йоханной Теске из Carnegie Science Earth and Planets Laboratory использовали прибор NIRSpec телескопа Джеймс Уэбб для измерения инфракрасного излучения планеты. Оказалось, что ее дневная сторона имеет температуру «всего лишь» около 1800 градусов Цельсия – что, хотя и невероятно горячо, но значительно меньше, чем ожидалось для безвоздушной поверхности. Этот температурный дефицит стал первым убедительным сигналом: планету защищает некий «щит» – плотная атмосфера, способная перераспределять тепло.
Дальнейший анализ привел к еще более удивительным выводам. Низкая измеренная плотность планеты не соответствовала ожиданиям для объекта с земным составом. Соавтор исследования доктор Анджали Пиетт отметила, что для объяснения всех наблюдаемых данных – и температуры, и плотности – требуется плотная, богатая летучими веществами атмосфера. Она может содержать такие газы, как водяной пар, которые поглощают часть излучения поверхности, а также, возможно, силикатные облака, отражающие звездный свет.
Но главной интригой стал состав самой планеты. Суперземля TOI-561 b (масса 2.02 Земли) вращается вокруг одной из самых древних звезд в нашей Галактике, возраст которой почти вдвое превышает возраст Солнца. Она принадлежит к так называемому толстому диску Млечного Пути, где звезды бедны тяжелыми элементами, вроде железа. Это означает, что планета сформировалась в совершенно иной, более примитивной химической среде. Ее аномально низкая плотность может указывать на относительно небольшое железное ядро и мантию из менее плотных пород, а ее недра могут быть необычайно богаты летучими соединениями.
Возникает парадоксальный вопрос: как эта небольшая планета, миллиарды лет подвергавшаяся чудовищному звездному излучению, сумела не только сохранить, но и поддерживать столь существенную атмосферу? Исследователи предлагают элегантную модель динамического равновесия. По словам соавтора работы Тима Лихтенберга, TOI-561 b напоминает «влажный лавовый шар».
На ее дневной стороне, вероятно, плещется глобальный магматический океан. Газы, высвобождающиеся из этого кипящего бульона, питают атмосферу, в то время как сама магма, подобно гигантской губке, способна поглощать часть этих газов обратно в недра планеты. Таким образом, устанавливается хрупкий баланс между потерей и пополнением, позволяющий атмосфере сохраняться в столь экстремальных условиях.
Эти результаты, полученные в рамках длительной наблюдательной программы телескопа Джеймс Уэбб, знаменуют собой прорыв в изучении каменистых экзопланет. Они впервые предоставляют конкретные наблюдательные данные, подтверждающие теоретические модели о существовании атмосфер у ультрагорячих суперземель. Сейчас команда ученых анализирует полный массив данных, чтобы составить температурную карту планеты и точнее определить химический состав ее атмосферы.