Астрономы составили "полевой справочник" по экзопланетам, известным как горячие юпитеры

Горячие юпитеры -- гигантские газовые планеты, вращающиеся вокруг своих звезд на очень тесных орбитах -- стали чуть менее загадочными благодаря новому исследованию, сочетающему теоретическое моделирование с наблюдениями с помощью космического телескопа Хаббл.

Об этом рассказывают в Аризонском университете.

Хотя предыдущие исследования в основном сосредоточены на отдельных мирах, классифицированных как «горячие юпитеры» из-за их поверхностного сходства с газовым гигантом в нашей Солнечной системе, новое исследование является первым, в котором рассматривается более широкая популяция странных миров. Опубликованные в Nature Astronomy результаты работы, проведенной под руководством исследователя из Аризонского университета, предоставляет астрономам беспрецедентный «полевой справочник» по горячим юпитерам и предлагает представление о формировании планет в целом.

Хотя астрономы считают, что только примерно каждая одна десятая звезда содержит экзопланету класса горячих юпитеров, эти особые планеты составляют значительную часть экзопланет, обнаруженных на сегодняшний день, поскольку они больше и ярче других видов экзопланет, такие как скалистые, больше похожие на Землю планеты или меньшие, прохладные газовые планеты. С размерами в примерно одну треть размера Юпитера до 10 масс Юпитера, все горячие юпитеры вращаются вокруг своей звезды на очень близком расстоянии, обычно гораздо ближе, чем Меркурий, ближайшая к Солнцу планета нашей системы. «Год» на типичном горячем Юпитере длится часами или максимум несколько дней. Для сравнения, Меркуриб нужно почти три месяца, чтобы совершить путешествие вокруг Солнца.

Из-за своих близких орбит большинство, если не все, горячие юпитеры, как считается, замкнуты в высокоскоростные объятия со своими звездами, причем одна сторона вечно подвергается излучению звезды, а другая окутана вечной тьмой. Поверхность обычного горячего Юпитера может нагреваться почти до 2700 градусов по Цельсию, а «холодные» экземпляры достигают 760 градусов – достаточно жарко, чтобы расплавить алюминий.

Исследование, которое провела Меган Мэнсфилд, научный сотрудник НАСА в Обсерватории Стюарда Аризонского университета, использовало наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа Хаббл, которые позволили команде непосредственно измерить спектры излучения горячих юпитеров, несмотря на то, что Хаббл не может получить прямое изображение ни одной планеты.

«Эти системы, эти звезды и их горячие юпитеры находятся слишком далеко, чтобы взяться за отдельную звезду и ее планету», - сказала Мэнсфилд. «Все, что мы видим, – это точка – объединенный источник света из них двоих».

Мэнсфилд и ее команда использовали метод, известный как вторичное затмение, чтобы вычесть информацию из наблюдений, которая позволила им заглянуть глубоко в атмосферу планет и получить представление об их строении и химическом составе. Методика предусматривает многократные наблюдения за одной и той же системой, при этом планету можно поймать в разных местах на ее орбите, в том числе когда она погружается за звезду.

«Мы в основном измеряем совокупный свет, исходящий от звезды и ее планеты, и сравниваем это измерения с тем, что мы видим, когда планета скрыта за своей звездой», - сказала Мэнсфилд. «Это позволяет нам отнять вклад звезды и изолировать свет, который излучает планета, даже если мы не можем видеть ее непосредственно».

Бурная атмосфера горячей газообразной планеты, известной как HD 80606b, показанная в этом моделировании на основе данных космического телескопа Спитцер от НАСА. Планета проводит большую часть своего времени вдали от своей звезды, но каждые 111 дней она проносится очень близко к звезде, переживая мощный всплеск тепла. (NASA/JPL-CalTech)

Данные затмений предоставили исследователям представление о тепловой структуре атмосфер горячих юпитеров и позволили построить индивидуальные профили температур и давлений для каждого из них. Затем команда проанализировала на так называемые характеристики поглощения ближний инфракрасный свет, исходящий от каждой системы с горячим Юпитером и представляющим собой диапазон длин волн за пределами диапазона, который люди могут видеть. Поскольку каждая молекула или атом имеет свой специфический профиль поглощения, как отпечаток пальца, просмотр различных длин волн позволяет исследователям получить информацию о химическом составе горячих юпитеров. Например, если в атмосфере планеты присутствует вода, она поглощает свет длиной волны в 1,4 микрона, что попадает в диапазон длин волн, которые Хаббл хорошо видит.

«В определенном смысле мы используем молекулы для сканирования атмосферы на этих горячих Юпитера», - сказала Мэнсфилд. «Мы можем использовать наблюдаемый спектр для получения информации о том, из чего состоит атмосфера, а также мы можем получить информацию о том, как выглядит структура атмосферы».

Команда пошла еще дальше, оценив данные наблюдений и сравнив их с моделями физических процессов, которые, как полагают, происходят в атмосферах горячих юпитеров. Эти два набора очень хорошо совпали, подтвердив, что многие прогнозы о природе планет, основанные на теоретических работах, выдаются правильными, говорит Мэнсфилд. Она также отметила, что результаты «захватывают, потому что они были чем угодно, но не гарантированными».

Результаты свидетельствуют о том, что все горячие юпитеры, а не только 19, включенные в исследование, вероятно, содержат подобные наборы молекул, например воду и монооксид углерода, а также меньшие количества других молекул. Различия между отдельными планетами должны основном состоять из разного относительного количества этих молекул. Результаты также показали, что наблюдаемые характеристики поглощения воды незначительно варьируются от одного горячего юпитера к другому.

«Взятые вместе, наши результаты говорят нам, что есть хорошие шансы выяснить, что происходит в химии этих планет», - сказала Мэнсфилд. «Вместе с тем каждая планета имеет свой собственный химический состав, и это также влияет на то, что мы видим в наших наблюдениях».

По словам авторов, полученные результаты могут быть использованы для ориентирования ожиданий на то, что астрономы могли бы увидеть, глядя на ранее не изучавшийся горячий юпитер. Запуск флагманского телескопа NASA – космический телескоп Джеймса Уебба (JWST), запланированный на 18 декабря, вызвал восхищение у охотников за экзопланетами, поскольку Уэбб может видеть в гораздо более широком диапазоне инфракрасного света, и позволит подробнее посмотреть на экзопланеты, включая горячие юпитеры.

«Мы до сих пор многого не знаем о том, как образуются планеты в целом, и один из способов, которым мы пытаемся понять, как это может происходить, - это взглянуть на атмосферу этих горячих юпитеров и выяснить, как они возникли там, где они находятся», - сказала Мэнсфилд. «С помощью данных Хаббла мы можем смотреть на тенденции, изучая поглощение воды, но когда мы говорим о составе атмосферы в целом, есть много других важных молекул, на которые вы хотите посмотреть, такие как оксид углерода и диоксид углерода, и JWST действительно предоставит нам возможность наблюдать за ними».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.