Габбл побачив, як планета, що випаровується, “гикає”

Молода планета, що обертається навколо роздратованої зірки-червоного карлика, непередбачувано змінюється від орбіти до орбіти.

Ця планета перебуває так близько до своєї зірки, що зазнає на собі постійного потужного потоку зоряної енергії, який випаровує водневу атмосферу, призводячи до її віддування від планети, розповідають в НАСА.

Але при проходженні однієї орбіти, що спостерігалося за допомогою космічного телескопа "Габбл", планета виглядала так, наче вона взагалі не втрачає матеріал, а на орбіті, спостережуваній за допомогою цього ж телескопа півтора року потому, були виявлені явні ознаки втрати атмосфери.

Така екстремальна мінливість між орбітами шокувала астрономів. “Ми ніколи не бачили, щоб за такий короткий період часу під час проходження планети перед своєю зіркою втрата атмосфери переходила від абсолютно невиявлюваної до дуже виявлюваної", - сказала Кіглі Роккліфф з Дартмутського коледжу в Ганновері (штат Нью-Гемпшир). “Ми дійсно очікували чогось дуже передбачуваного, повторюваного. Але це виявилося дивним. Коли я вперше побачила це, я подумала: "Цього не може бути"”.

Роккліфф була також спантеличена тим, що, коли атмосферу планети можна було розрізнити, вона роздувалася перед планетою, як фара у поїзда, що швидко наближається. “Це відверто дивне спостереження є свого роду стрес-тестом для моделювання та фізики планетарної еволюції. Це спостереження дуже цікаве, тому що ми отримуємо можливість дослідити взаємодію між зіркою та планетою в найбільш екстремальному режимі”, - сказала вона.

Батьківська зоря AU Microscopii (AU Mic), яка знаходиться за 32 світлових роки від Землі, містить одну з наймолодших планетних систем серед коли-небудь спостережуваних. Вік зірки становить менш як 100 млн років (мізерна частка від віку нашого Сонця, якому 4,6 млрд років). Найвнутрішніша планета, AU Mic b, має орбітальний період 8,46 дня та перебуває на відстані лише 9,5 млн км від зірки (приблизно 1/10 відстані планети Меркурій від нашого Сонця). Діаметр роздутого газоподібного світу приблизно учетверо більший за діаметр Землі.

Планета AU Mic b була відкрита за допомогою космічних телескопів "Спітцер" і TESS (Супутник спостереження за транзитами екзопланет) у 2020 році. Вона була виявлена транзитним методом — це, коли телескопи спостерігають невеликий провал у яскравості зірки при проходженні перед нею планети.

Червоні карлики, подібні до AU Microscopii, є найпоширенішими зорями в нашій галактиці Чумацький Шлях. Тому у них має розташовуватися більша частина планет нашої галактики. Але чи можуть планети, що обертаються навколо зірок-червоних карликів типу AU Mic b, бути придатними для життя? Основна проблема полягає в тому, що у молодих червоних карликів відбуваються потужні зоряні спалахи з висушувальним випромінюванням. Цей період високої активності триває набагато довше, ніж у таких зірок, як наше Сонце.

Спалахи підживлюються інтенсивними магнітними полями, які сплітаються внаслідок бурхливих рухів зоряної атмосфери. Коли заплутування стає занадто сильним, поля розриваються та перез'єднуються, вивільняючи величезну кількість енергії, у 100-1000 разів потужнішої, ніж під час спалахів на нашому Сонці. Це справжній феєрверк з рясних вітрів, спалахів і рентгенівського випромінювання, що вражає всі планети, які обертаються поблизу зірки. “Це створює дійсно необмежене та, відверто кажучи, полохливе середовище зоряного вітру, що впливає на атмосферу планети”, - каже Роккліфф.

Новини за подібною темою:

		"Габбл" показав галактику під тиском
		Відкриття JWST несподівано надмасивних галактик не потребує перепису космології, але все ще залишає питання
		"Габбл" показав галактику, оповиту зорями

У таких жорстких умовах планети, що формуються протягом перших 100 млн років після народження зірки, повинні відчувати найбільшу кількість втрат атмосфери. У результаті планета може повністю позбутися своєї атмосфери.

“Ми хочемо з'ясувати, які планети зможуть вижити в таких умовах. Який вигляд вони матимуть, коли зоря заспокоїться? І чи буде у них зрештою хоч якийсь шанс на життєпридатність, чи вони виявляться просто випаленими планетами?” - каже Роккліфф. “Чи втратять вони врешті-решт більшу частину своєї атмосфери, а їхні вцілілі ядра стануть суперземлями? Ми не знаємо, яким буде кінцевий склад цих планет, оскільки в нашій Сонячній системі немає нічого подібного”.

Хоча відблиски зорі не дають змоги "Габблу" безпосередньо побачити планету, телескоп може виміряти зміни видимої яскравості зірки, спричинені витіканням водню з планети й ослабленням світла зірки під час проходження планети перед зіркою. Атмосферний водень нагрівся до такої міри, що вирвався з-під гравітації планети.

Небачені раніше зміни в атмосферному відтоку від AU Mic b можуть свідчити про швидку й екстремальну мінливість спалахів червоного карлика-господаря планети. Така мінливість пояснюється наявністю у зірки великої кількості бурхливих ліній магнітного поля. Одне з можливих пояснень відсутності водню під час одного з транзитів планети полягає в тому, що потужний зоряний спалах, який спостерігали за сім годин до цього, міг фотоіонізувати водень при його виході, до такої міри, що він став прозорим для світла, тому його не було виявлено.

Інше пояснення полягає в тому, що зоряний вітер сам формує планетарний відтік, роблячи його спостережуваним в одні моменти часу та не спостережуваним в інші, навіть змушуючи частину витоку "гикати" перед самою планетою. Це передбачається у деяких моделях, наприклад, у моделях Джона МакКанна і Рут Мюррей-Клей з Каліфорнійського університету в Санта-Крусі, але це перше спостережливе свідчення того, що це відбувається, до того ж у такому екстремальному ступені, кажуть дослідники.

Подальші спостереження "Габбла" за іншими транзитами AU Mic b мають дати додаткові відомості про дивну мінливість зірки та її планети, що дасть змогу перевірити наукові моделі витікання та еволюції екзопланетної атмосфери.

Роккліфф є провідною авторкою наукової статті, прийнятої до публікації в The Astronomical Journal.

Космічний телескоп "Габбл" — це проєкт міжнародного співробітництва НАСА та ЄКА. Управління телескопом здійснюється Центром космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Мериленд. Науковими операціями з Габблом займається Науковий інститут космічного телескопа (STScI) в Балтіморі. Для НАСА STScI управляється Асоціацією університетів з досліджень у галузі астрономії (Вашингтон, округ Колумбія).

• космічний телескоп Хаббла
• Екзопланети