Гигантская планета пережила смерть своей звезды и даже обладает атмосферой

С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» исследователи выяснили, как экзопланета пережила смерть своей солнцеподобной звезды, а также наблюдали атмосферу на планете.

Об этом сообщают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Миллиарды лет назад звезда, похожая на Солнце, приближавшаяся к концу своей жизни, чрезвычайно увеличилась в размерах, превратившись в красного гиганта, после чего сбросила свои внешние слои и оставила горячее ядро — так называемый белый карлик. Еще находясь в стадии красного гиганта, эта звезда должна была поглотить и уничтожить любые соседние планеты. Однако астрономы обнаружили экзопланету размером с Юпитер, которая вращается вокруг белого карлика каждые 34 часа на расстоянии менее 3 миллионов километров.

Чтобы разгадать тайну выживания экзопланеты, международная команда астрономов с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба наблюдала за транзитом планеты перед её звездой, а также провела измерения температуры планеты и обнаружила молекулы в её атмосфере. Они установили, что планета значительно теплее, чем ожидалось, и выяснили, как, скорее всего, она оказалась на своей очень близкой орбите вокруг белого карлика. Эти результаты дают представление о будущем планет, подобных Юпитеру, после гибели Солнца, которая произойдет через миллиарды лет.

Результаты исследования были опубликованы в журнале «Nature».

WD 1856 b была открыта в 2020 году с помощью TESS (Спутник наблюдения за транзитами экзопланет) и космического телескопа «Спитцер», который уже вышел из эксплуатации. Она вращается вокруг белого карлика WD 1856+534, расположенного примерно в 80 световых годах от Земли. «Планета имеет размер примерно с Юпитер, но белый карлик, вокруг которого она вращается, имеет размер Земли, поэтому планета в семь раз больше своей звезды», — отметил главный автор исследования Райан Макдональд из Университета Сент-Эндрюса в Великобритании.

WD 1856 b вращается чрезвычайно близко к своей звезде — на расстоянии, которое в 50 раз меньше, чем расстояние между Землей и Солнцем. Если бы WD 1856 b изначально вращалась на таком расстоянии, она была бы уничтожена, когда звезда еще была красным гигантом. Как ей удалось пережить гибель своей звезды и оказаться на своем нынешнем месте?

Большая и горячая

В рамках нового исследования с помощью «Вебба» ученые наблюдали за тем, как планета проходит перед своей звездой. Этот транзит дал уникальную информацию о массе планеты, которая составляет от четырех до одиннадцати масс Юпитера.

Команда также смогла определить температуру планеты. Во время транзита свет от звезды был частично заблокирован, но в инфракрасном диапазоне интенсивность света уменьшилась меньше, чем у других длин волн. Эта разница объяснялась инфракрасным излучением, которое планета испускала благодаря собственному теплу. Данные указывают на то, что температура планеты составляет примерно 126 градусов по Цельсию — это значительно горячее, чем было бы, если бы единственным источником тепла был свет от белого карлика. Это загадочное открытие оказалось ключевым фактом, доказавшим, каким образом планета, вероятно, достигла своей нынешней орбиты.

Кристофер О’Коннор из Северо-Западного университета в Иллинойсе, соавтор исследования, отвечал за отслеживание температуры планеты в прошлом. О’Коннор сказал: «Главный вопрос заключается в том, как WD 1856 b оказалась там, где она находится сегодня, и существует две теории. Одна из них заключается в том, что планета была поглощена материнской звездой, когда та умирала, и ей удалось выжить внутри. Другая заключается в том, что миграция произошла в результате гравитационного воздействия других объектов в системе. Белый карлик является частью тройной звездной системы, и соседние звезды могли повлиять на орбиту WD 1856 b».

Исследователи пришли к выводу, что сегодня нет источника энергии, способного генерировать такое тепло, следовательно, это должна быть остаточная энергия из более древних времен, когда планета нагревалась. Используя модели охлаждения субзвездных объектов, таких как WD 1856 b, с течением времени в сочетании с новыми данными от телескопа «Уэбба», команда смогла спрогнозировать её температуру в прошлом и определить, как давно, вероятно, произошло нагревание. Время является ключевым фактором для определения того, произошло ли нагревание в результате поглощения красным гигантом или во время миграции к звезде.

Они пришли к выводу, что нагревание, скорее всего, произошло через 3–5,5 миллиарда лет после превращения звезды в белый карлик. Согласно этому сценарию, планета находилась на широкой орбите, которая защищала её от звезды во время её разрушительной фазы красного гиганта, и лишь позже мигрировала на своё нынешнее место. «По мере приближения планеты к звезде её взаимодействие с сильным гравитационным полем белого карлика привело к её значительному нагреванию, и с тех пор она постоянно остывает», — отметил О’Коннор.

Свет от звезды, проходя через атмосферу планеты, также позволил получить информацию о её химическом составе. «Мы обнаружили характерные признаки мелких облачных частиц и углеводородов, скорее всего метана, — это первый случай, когда мы наблюдали атмосферу планеты, проходящей перед мёртвой звездой», — отметила соавтор исследования Виктория Бем из Корнельского университета. «Недавно мы с помощью телескопа «Уэбба» наблюдали ещё четыре транзита WD 1856 b, чтобы более подробно изучить химический состав её атмосферы, и с нетерпением ждём результатов».

Возможное будущее Солнечной системы

Примерно через пять миллиардов лет в ядре Солнца иссякнет запас водорода, и оно раздуется, превратившись в красного гиганта, размер которого превысит нынешний более чем в 100 раз. Затем оно сбросит свои внешние слои и завершит свою жизнь в виде белого карлика. Меркурий, Венера и, возможно, Земля будут уничтожены красным гигантом. Однако судьба более удаленных планет, в частности газовых гигантов, остается неясной. Поиск и изучение планет, вращающихся вокруг остатков звезд, похожих на Солнце, после их смерти — это способ узнать, что может произойти в нашей Солнечной системе в далеком будущем.

«Мы привыкли заглядывать в прошлое, когда используем телескопы, но это первый раз, когда нам удалось заглянуть в будущее, чтобы увидеть, что может произойти с внешними планетами вокруг остатков звезды, похожей на Солнце», — сказал Макдональд. «Это словно использование машины времени, чтобы заглянуть в далекое будущее нашей Солнечной системы».

«Уэбб»

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба — это ведущая в мире космическая научная обсерватория. «Уэбб» разгадывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает за её пределы к отдалённым мирам вокруг других звёзд, а также исследует загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и наше место в ней. «Уэбб» — это международная программа, которую возглавляет NASA совместно со своими партнерами: ЕКА (Европейским космическим агентством) и ККА (Канадским космическим агентством).