"Вебб" дослідив екзопланету, яка має форму лимона та незвичайну атмосферу

За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба досліджено екзопланету, що обертається навколо пульсара, склад атмосфери якої ставить під сумнів наше розуміння того, як вона утворилася.

Про це розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com.

Об′єкт, офіційно названий PSR J2322-2650b, має масу, подібну до маси Юпітера, і, судячи з усього, екзотичну атмосферу, в якій переважають гелій і вуглець, що не схоже на жодну з відомих раніше. Ймовірно, в повітрі плавають хмари сажі, а в глибинах планети ці вуглецеві хмари можуть конденсуватися та утворювати діаманти. Як з′явилася ця планета, залишається загадкою.

Стаття з дослідженням з′явилася 16 грудня в журналі The Astrophysical Journal Letters.

«Це було абсолютною несподіванкою», — розповідає співавтор дослідження Пітер Гао з Лабораторії Землі та планет Інституту Карнегі у Вашингтоні. «Я пам′ятаю, що після того, як ми отримали дані, наша спільна реакція була: "Що це, в біса, таке?". Це надзвичайно відрізняється від того, що ми очікували».

Планета освітлена своєю зорею, хоча саму зорю "не видно"

Відомо, що цей об′єкт з масою планети знаходиться на орбіті навколо пульсара, швидко обертової нейтронної зорі. Пульсар випускає пучки електромагнітного випромінювання з регулярними інтервалами, як правило, від мілісекунд до секунд. Їх можна побачити лише тоді, коли вони спрямовані на Землю, подібно до променів маяка.

Очікується, що цей мілісекундний пульсар випромінює переважно гамма-промені та інші високоенергетичні частинки, які невидимі для інфрачервоного зору Вебба. У такому випадку, без яскравої зорі поблизу, вчені можуть детально вивчити планету по всій її орбіті.

«Ця система унікальна, тому що ми можемо бачити планету, освітлену її материнською зорею, але не бачимо саму материнську зорю. Тому ми отримуємо дійсно чистий спектр. І ми можемо вивчати цю систему більш детально, ніж звичайні екзопланети», — сказала Мая Белезнай зі Стенфордського університету в Каліфорнії, яка працювала над моделюванням форми планети та геометрії її орбіти.

«Планета обертається навколо зорі, яка є абсолютно дивною — вона має масу Сонця, але розміром з місто», — каже Майкл Чжан з Чиказького університету, головний автор цього дослідження.

Атмосфера з рідкісним молекулярним вуглецем

«Це новий тип атмосфери планети, якого ніхто раніше не бачив. Замість звичайних молекул, які ми очікуємо побачити на екзопланеті, таких як вода, метан і вуглекислий газ, ми побачили молекулярний вуглець, а саме C3 і C2», - додав Чжан.

Наявність молекулярного вуглецю дуже незвичайна, оскільки за таких температур, якщо в атмосфері є інші типи атомів, вуглець зв′язується з ними. (Температура на планеті коливається від 650 градусів у найхолодніших точках нічної сторони до 2000 градусів Цельсія в найспекотніших точках денної сторони). Молекулярний вуглець домінує лише за умови, що майже немає кисню або азоту. З приблизно 150 планет, які астрономи вивчили всередині та поза Сонячною системою, жодна інша не має виявленого молекулярного вуглецю.

Планета у формі лимона

PSR J2322-2650b знаходиться надзвичайно близько до своєї зорі, всього за 1,6 мільйона кілометрів. Для порівняння, відстань Землі від Сонця становить близько 150 мільйонів кілометрів. Через надзвичайно щільну орбіту, весь рік екзопланети — час, необхідний для обертання навколо своєї зорі — становить лише 7,8 години. Гравітаційні сили набагато важчого пульсара розтягують планету, маса якої дорівнює масі Юпітера, до химерної форми лимона.

Як могла утворитися система пульсар-планета?

Разом зоря та екзопланета можуть вважатися системою «чорної вдови», хоча й не типовим прикладом. Системи чорної вдови — це рідкісний тип подвійних систем, де швидко обертовий пульсар спарований з невеликим зоряним компаньйоном з низькою масою. У минулому матеріал з компаньйона надходив на пульсар, змушуючи його з часом обертатися швидше, що створювало сильний вітер. Цей вітер і випромінювання потім бомбардують і випаровують меншого за розміром і масою супутника. Як і павук, на честь якого вона названа, пульсар повільно поглинає свого нещасного партнера.

Але в цьому випадку супутник офіційно вважається екзопланетою, а не зорею. Міжнародний астрономічний союз визначає екзопланету як небесне тіло масою менше ніж 13 мас Юпітера, яке обертається навколо зорі, коричневого карлика або залишку зорі, такого як пульсар.

З 6000 відомих екзопланет це єдина, яка нагадує газового гіганта (з масою, радіусом і температурою, схожими на гарячий Юпітер), що обертається навколо пульсара. Відомо, що лише кілька пульсарів мають планети.

«Чи утворилася ця річ як звичайна планета? Ні, тому що її склад зовсім інший», — каже Чжан. «Чи утворилася вона шляхом зняття зовнішньої оболонки зорі, як утворюються "звичайні" системи чорних вдів? Напевно, ні, тому що ядерна фізика не створює чистий вуглець. Дуже важко уявити, як можна отримати такий надзвичайно збагачений вуглецем склад. Це, здається, виключає всі відомі механізми формування».

Співавтор дослідження Роджер Романі зі Стенфордського університету та Інституту астрофізики частинок і космології Кавлі пропонує одне цікаве явище, яке могло відбутися в цій унікальній атмосфері.

«Коли супутник охолоджується, суміш вуглецю та кисню всередині починає кристалізуватися», — каже Романі. «Кристали чистого вуглецю спливають на поверхню та змішуються з гелієм, і саме це ми бачимо. Але потім має статися щось, щоб утримати кисень і азот якмога далі. І тут з′являється загадка».

«Але приємно не знати всього», — зазначив Романі. «Я з нетерпінням чекаю, щоб дізнатися більше про дивацтва цієї атмосфери. Чудово мати загадку, яку можна розгадати».

Ця анімація показує екзотичну екзопланету на орбіті навколо пульсара, або швидко обертової нейтронної зорі з радіоімпульсами. Планета, яка обертається на відстані близько 1,6 мільйона кілометрів від пульсара, витягнута до форми лимона під дією сильного гравітаційного притягнення пульсара. Credit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Виключний зір Вебба

Завдяки інфрачервоному зору та надзвичайній чутливості, це відкриття міг зробити лише телескоп Вебба. Його розташування за 1,5 мільйона кілометрів від Землі та величезний сонячний екран забезпечують низьку температуру приладів, що необхідно для спостережень. Провести таке дослідження з поверхні Землі неможливо.

Космічний телескоп Джеймса Вебба — це провідна космічна наукова обсерваторія у світі. Вебб розгадує таємниці нашої Сонячної системи, дивиться за межі далеких світів навколо інших зірок і досліджує таємничі структури та походження нашого Всесвіту й наше місце в ньому. Вебб — це міжнародна програма, яку очолює NASA разом зі своїми партнерами, ESA (Європейським космічним агентством) та CSA (Канадським космічним агентством).