JWST виявив новий клас розплавлених планет
За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) виявлено новий тип планети за межами нашої Сонячної системи — планету, яка зберігає великі запаси сірки в глибинах безмежного океану магми.
Про це розповідають в Оксфордському університеті, передають OstanniPodii.com.
Екзопланета, відома як L 98-59 d, обертається навколо невеликої червоної зорі, розташованої приблизно за 35 світлових років від Землі. Нещодавні спостереження JWST та наземних обсерваторій вказали на дещо незвичайне: планета має особливо низьку щільність, враховуючи її розмір (який приблизно у 1,6 раза перевищує розмір Землі), а її атмосфера містить значну кількість сірководню.
Дотепер астрономи віднесли б таку планету до однієї з двох відомих категорій: або до кам′янистого «газового карлика» з атмосферою з водню, або до багатої на воду планети, що складається з глибоких океанів та льоду. Але це відкриття показує, що L 98-59 d не відповідає жодному з цих описів — натомість вона, як вбачається, належить до зовсім іншого класу планет, що містять важкі молекули сірки.
За допомогою сучасних комп′ютерних моделювань міжнародна група вчених відтворила історію планети від періоду, що настав одразу після її народження, до сьогодення — проміжок часу, що становить майже п′ять мільярдів років. Прямо пов′язавши телескопічні спостереження з цими детальними фізичними моделями внутрішньої будови планети та її атмосфери, вчені змогли визначити, що саме відбувається в глибинах планети.
Результати показують, що мантія L 98-59 d, ймовірно, складається з розплавленого силікату (подібного до лави на Землі), а під нею на тисячі кілометрів простягається глобальний магматичний океан. Цей величезний розплавлений резервуар дозволяє планеті зберігати надзвичайно великі обсяги сірки глибоко в її надрах протягом геологічних часів. Магматичний океан також допомагає L 98-59 d утримувати щільну, багату на водень атмосферу, що містить сірковмісні гази, такі як сірководень (H2S). Зазвичай вони би з часом втрачалися у космос через рентгенівське випромінювання, яке генерує материнська зоря.
Протягом мільярдів років хімічні обміни між її розплавленим внутрішнім шаром та атмосферою сформували те, що сьогодні спостерігають телескопи на цій планеті. Дослідники припускають, що L 98-59 d може бути першим визнаним представником ширшої популяції багатих на газ сірчистих планет, що підтримують довговічні магматичні океани. Якщо це так, то різноманітність світів у нашій галактиці може бути навіть більшою, ніж раніше уявлялося.
«Це відкриття свідчить про те, що категорії, які астрономи зараз використовують для опису малих планет, можуть бути занадто спрощеними. Хоча ця розплавлена планета навряд чи може підтримувати життя, вона відображає широке різноманіття світів, що існують за межами Сонячної системи. Тоді ми можемо запитати: які ще типи планет чекають на своє відкриття?», - сказав головний автор дослідження доктор Гаррісон Ніколс з кафедри фізики Оксфордського університету.
Спостереження JWST, проведені у 2024 році, вказали на наявність діоксиду сірки, серед інших сірчистих газів, у верхніх шарах атмосфери L 98-59 d. Нові моделі показують, що ці гази можуть утворюватися, коли ультрафіолетове випромінювання від материнської зорі, червоного карлика L 98-59, запускає хімічні реакції. Водночас магматичний океан, що знаходиться нижче, діє як величезний резервуар для буферизації цих летких газів, накопичуючи та вивільняючи їх протягом мільярдів років після утворення планети. Ця комбінація глибокого зберігання летких речовин у її надрах та атмосферної хімії, зумовленої ультрафіолетом, пояснює примітні властивості планети.
Згідно з моделюванням, L 98-59 d ймовірно утворилася з дуже великою кількістю летких речовин і колись могла більше нагадувати більшу планету, майже як наш Нептун. Протягом мільярдів років вона поступово зменшувалася в розмірах, охолоджуючись і втрачаючи частину своєї атмосфери. Важливо, що магматичні океани представляють універсальні початкові стани всіх кам′янистих планет (включаючи Землю та Марс), тому нові уявлення про фізику магматичних океанів можуть дати нам інформацію про наш власний світ та його первинну історію.
«Цікаво те, що ми можемо використовувати комп′ютерні моделі, щоб розкрити приховане нутро планети, яку ми ніколи не відвідаємо. Хоча астрономи можуть виміряти лише розмір, масу та склад атмосфери планети здалеку, це дослідження показує, що можна реконструювати далеке минуле цих чужих світів — і відкривати типи планет, які не мають аналогів у нашій Сонячній системі», - зазначив співавтор дослідження професор Реймонд П′єргумберт (кафедра фізики, Оксфордський університет).
JWST надає величезний обсяг нових даних, а ще більше даних буде отримано в результаті майбутніх місій. Дослідницька група має намір застосувати свої моделювання до нових вимірювань, використовуючи методи машинного навчання, щоб скласти карту різноманітності світів за межами Сонячної системи та встановити зв’язки з їхньою ранньою історією. Таким чином ми дізнаємося про те, як утворюються планети, як вони еволюціонують, і тим самим зможемо визначити, які з них можуть бути придатними для життя (а які — ні).
«Наші комп’ютерні моделі імітують різні планетарні процеси, що фактично дозволяє нам повернути час назад і зрозуміти, як еволюціонувала ця незвичайна кам′яниста екзопланета, L 98-59 d. Сірководень, який відповідає за запах тухлих яєць, здається, відіграє там головну роль. Але, як завжди, потрібні додаткові спостереження, щоб зрозуміти цю планету та інші подібні до неї. Подальші дослідження можуть ще показати, що досить їдкі планети є напрочуд поширеними», - сказав д-р Річард Чаттерджі (Університет Лідса/Оксфордський університет).
Дослідження «Еволюція розплавленої суперземлі L 98-59 d, багатої на леткі речовини» було опубліковано в журналі Nature Astronomy. Окрім Оксфорда та Лідса, дослідження проводили вчені з Гронінгенського університету та Швейцарської вищої технічної школи в Цюриху.