Астрономи склали "польовий посібник" з екзопланет, відомих як гарячі юпітери

Гарячі юпітери — гігантські газові планети, які обертаються навколо своїх зірок на надзвичайно тісних орбітах — стали трохи менш загадковими завдяки новому дослідженню, що поєднує теоретичне моделювання зі спостереженнями за допомогою космічного телескопа Хаббл.

Про це розповідають в Аризонському університеті.

Хоча попередні дослідження здебільшого зосереджувалися на окремих світах, класифікованих як «гарячі юпітери» через їх поверхневу схожість з газовим гігантом у нашій Сонячній системі, нове дослідження є першим, у якому розглядається більш широка популяція дивних світів. Опубліковані у Nature Astronomy результати роботи, проведеної під керівництвом дослідника з Аризонського університету, надає астрономам безпрецедентний «польовий посібник» з гарячих юпітерів і пропонує уявлення про формування планет загалом.

Хоч астрономи вважають, що лише приблизно кодна одна десята зоря містить екзопланету класу гарячих юпітерів, ці особливі планети складають значну частину екзопланет, виявлених на сьогодні, оскільки вони більші та яскравіші за інші види екзопланет, такі як скелясті, більш схожі на Землю планети або менші, прохолодніші газові планети. З розмірами у приблизно від однієї третини розміру Юпітера до 10 мас Юпітера, всі гарячі юпітери обертаються навколо своєї зорі на надзвичайно близькій відстані, зазвичай набагато ближче, ніж Меркурій, найближча до Сонця планета нашої системи. «Рік» на типовому гарячому юпітері триває годинами або максимум кількома днями. Для порівняння, Меркурію потрібно майже три місяці, щоб здійснити подорож навколо Сонця.

Через свої близькі орбіти більшість, якщо не всі, гарячі юпітери, як вважається, замкнуті у високошвидкісні обійми зі своїми зорями, причому одна сторона вічно піддається випромінюванню зорі, а інша оповита вічною темрявою. Поверхня типового гарячого юпітера може нагріватися майже до 2700 градусів за Цельсієм, а «холодніші» екземпляри сягають 760 градусів — досить гаряче, щоб розплавити алюміній.

Новини за подібною темою:

		"Габбл" і "Нові горизонти" одночасно націлилися на Уран для подальшого вивчення екзопланет
		Вчені відкрили планету, що обертається навколо найближчої до нашого Сонця поодинокої зорі
		"Вебб" виявив на "пухкій" екзопланеті несподівану асиметрію її атмосфери

Дослідження, яке провела Меган Менсфілд, науковий співробітник НАСА в Обсерваторії Стюарда Аризонського університету, використовувало спостереження, проведені за допомогою космічного телескопа Хаббл, які дозволили команді безпосередньо виміряти спектри випромінювання гарячих юпітерів, попри те, що Хаббл не може отримати пряме зображення жодної планети.

«Ці системи, ці зорі та їх гарячі юпітери знаходяться занадто далеко, щоб взятися за окрему зорю та її планету», - сказала Менсфілд. «Все, що ми бачимо, — це точка — об′єднане джерело світла з них двох».

Менсфілд та її команда використовували метод, відомий як вторинне затемнення, щоб вилучити інформацію зі спостережень, яка дозволила їм зазирнути глибоко в атмосферу планет та отримати уявлення про їх будову та хімічний склад. Методика передбачає багаторазові спостереження за однією і тією ж системою, при цьому планету можна спіймати у різних місцях на її орбіті, в тому числі коли вона занурюється за зорю.

«Ми в основному вимірюємо сукупне світло, що виходить від зорі та її планети, і порівнюємо це вимірювання з тим, що ми бачимо, коли планета прихована за своєю зорею», — сказала Менсфілд. «Це дозволяє нам відняти внесок зорі та ізолювати світло, яке випромінює планета, навіть якщо ми не можемо бачити її безпосередньо».

Бурхлива атмосфера гарячої газоподібної планети, відомої як HD 80606b, показана в цьому моделюванні на основі даних космічного телескопа Спітцер від НАСА. Планета проводить більшу частину свого часу далеко від своєї зорі, але кожні 111 днів вона проноситься дуже близько до зорі, переживаючи потужний сплеск тепла. (NASA/JPL-CalTech)

Дані затемнень надали дослідникам уявлення про теплову структуру атмосфер гарячих юпітерів і дозволили побудувати індивідуальні профілі температур і тисків для кожного з них. Потім команда проаналізувала на так звані характеристики поглинання ближнє інфрачервоне світло, що виходить від кожної системи з гарячим юпітером та являє собою діапазон довжин хвиль за межами діапазону, який люди можуть бачити. Оскільки кожна молекула або атом має свій специфічний профіль поглинання, як відбиток пальця, перегляд різних довжин хвиль дозволяє дослідникам отримати інформацію про хімічний склад гарячих юпітерів. Наприклад, якщо в атмосфері планети присутня вода, вона поглинає світло довжиною хвилі у 1,4 мікрона, що потрапляє в діапазон довжин хвиль, які Хаббл добре бачить.

«У певному сенсі ми використовуємо молекули для сканування атмосфери на цих гарячих юпітерах», — сказала Менсфілд. «Ми можемо використовувати спостережуваний спектр для отримання інформації про те, з чого складається атмосфера, а також ми можемо отримати інформацію про те, як виглядає структура атмосфери».

Команда пішла ще далі, оцінивши дані спостережень й порівнявши їх з моделями фізичних процесів, які, як вважають, відбуваються в атмосферах гарячих юпітерів. Ці два набори дуже добре збіглися, підтвердивши, що багато прогнозів про природу планет, засновані на теоретичних роботах, видаються правильними, каже Менсфілд. Вона також відмітила, що результати «захоплюють, тому що вони були чим завгодно, але не гарантованими».

Результати свідчать про те, що всі гарячі юпітери, а не лише 19, включені в дослідження, імовірно, містять подібні набори молекул, як-от вода та монооксид вуглецю, а також менші кількості інших молекул. Відмінності між окремими планетами повинні здебільшого складатися з різної відносної кількості цих молекул. Результати також показали, що спостережувані характеристики поглинання води незначно варіюються від одного гарячого юпітера до іншого.

«Взяті разом, наші результати говорять нам, що є хороші шанси з’ясувати, що відбуваються в хімії цих планет», – сказала Менсфілд. «Водночас кожна планета має свій власний хімічний склад, і це також впливає на те, що ми бачимо в наших спостереженнях».

За словами авторів, отримані результати можуть бути використані для орієнтування очікувань на те, що астрономи могли б побачити, дивлячись на гарячий юпітер, що раніше не вивчався. Запуск флагманського телескопа NASA - космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), запланованого на 18 грудня, викликав захоплення у мисливців за екзопланетами, оскільки Вебб може бачити в набагато більш широкому діапазоні інфрачервоного світла, і дозволить детальніше подивитися на екзопланети, включаючи гарячі юпітери.

«Ми досі багато чого не знаємо про те, як утворюються планети в цілому, і один зі способів, яким ми намагаємося зрозуміти, як це може відбуватися, — це поглянути на атмосферу цих гарячих юпітерів і з’ясувати, як вони виникли там, де вони знаходяться», - сказала Менсфілд. «За допомогою даних Хаббла ми можемо дивитися на тенденції, вивчаючи поглинання води, але коли ми говоримо про склад атмосфери в цілому, є багато інших важливих молекул, на які ви хочете подивитися, такі як оксид вуглецю та діоксид вуглецю, і JWST дійсно надасть нам можливість спостерігати за ними».

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Екзопланети