Астрономы раскрывают тайны экзопланет — горячих Юпитеров

В исследовании, опубликованном на днях в Astrophysical Journal Supplement Series, астрономы проанализировали архивные спектроскопические и фотометрические данные 25 горячих юпитеров, полученные с помощью космического телескопа Хаббл и космического телескопа Спитцер.

Горячие юпитеры — это газовые гиганты, которые вращаются вокруг своей звезды, как правило, менее чем за 10 дней.

Хотя в нашей Солнечной системе их нет, они представляют собой обычно наблюдаемый тип экзопланет в других системах.

«Наше исследование знаменует собой поворотный момент в этой области: теперь мы переходим от характеристики атмосфер отдельных экзопланет к характеристике атмосферных популяций», — сказал Билл Эдвардс, автор работы.

В исследовании доктор Эдвардс и его коллеги использовали данные 600 часов наблюдений с Хаббла и 400 часов со Спитцера.

Они объединили два метода: изучение информации по транзитам (когда планета проходит перед своей звездой) и затмениям (когда планета проходит позади своей звезды).

Ученые смогли определить тенденции и ответить на вопросы о горячих юпитерах, на которые более ранние исследования не могли дать окончательного ответа в течение многих лет.

Среди находок авторы обнаружили, что ночная и дневная стороны горячих юпитеров сильно различаются, причем температура падает на сотни градусов по Цельсию от дня к ночи (в среднем исследователи обнаружили разницу в 1000 К).

Они также обнаружили, что у многих горячих юпитеров была термически перевернутая атмосфера, также известная как стратосфера, то есть их верхняя атмосфера имеет температуру, которая увеличивается с высотой.

Горячие Юпитеры — это класс экзопланет газовых гигантов , которые физически похожи на Юпитер, но имеют очень короткие орбитальные периоды (P <10 дней). Близость к их звездам и высокие температуры поверхности атмосферы привели к их неофициальному названию «горячие Юпитеры».

Горячие Юпитеры — самые простые внесолнечные планеты для обнаружения методом радиальных скоростей, поскольку колебания, которые они вызывают в движении своих родительских звезд, относительно велики и быстры по сравнению с колебаниями других известных типов планет. Один из самых известных горячих Юпитеров — 51 Pegasi b. Открытая в 1995 году, она стала первой экзопланетой, обнаруженной на орбите солнцеподобной звезды. 51 Pegasi b имеет орбитальный период около 4 дней.

Определяющими характеристиками являются большие массы, охватывающие 0,36–11,8 массы Юпитера и короткие орбитальные периоды. Масса не может быть больше приблизительно 13,6 массы Юпитера, потому что тогда давление и температура внутри планеты были бы достаточно высокими, чтобы вызвать слияние дейтерия, и планета была бы коричневым карликом.

Это, по-видимому, было вызвано присутствием металлических элементов (оксида титана, оксида ванадия и гидрида железа), которые поглощали свет звезды и таким образом нагревали атмосферу. Явление похоже на процесс, который происходит на Земле в озоновом слое.

Ученые обнаружили, что на некоторых планетах было меньше воды, чем ожидалось, предполагая, что они сформировались иначе, чем планеты с большим количеством воды.

Они также обнаружили больше металлов, чем предсказывали модели ранее, а это означает, что горячие Юпитеры, вероятно, сформировались не так, как считалось ранее.

«Многие вопросы, такие как происхождение воды на Земле, формирование Луны и различные истории эволюции Земли и Марса, до сих пор не решены, несмотря на нашу способность проводить измерения на месте», — сказал Квентин Чангеат, соавтор работы.

«Крупные исследования популяций экзопланет, подобные тому, что мы представляем здесь, направлены на понимание этих общих процессов».