Гігантська планета пережила смерть своєї зорі, і навіть має атмосферу

За допомогою космічного телескопа “Джеймс Вебб” дослідники з’ясували, як екзопланета пережила смерть своєї сонцеподібної зорі, а також спостерігали атмосферу на планеті.

Про це повідомляють в NASA, передають OstanniPodii.com.

Мільярди років тому зоря, схожа на Сонце, що наближалася до кінця свого життя, надзвичайно збільшилася в розмірах, перетворившись на червоного гіганта, після чого скинула свої зовнішні шари та залишила гаряче ядро — так званий білий карлик. Ще перебуваючи у стадії червоного гіганта, ця зоря мала б поглинути й знищити будь-які сусідні планети. Проте астрономи виявили екзопланету розміром з Юпітер, яка обертається навколо білого карлика кожні 34 години на відстані менше ніж 3 мільйони кілометрів.

Щоб розгадати таємницю виживання екзопланети, міжнародна команда астрономів за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба спостерігала за транзитом планети перед її зорею-господарем, також провела вимірювання температури планети та виявила молекули в її атмосфері. Вони встановили, що планета значно тепліша, ніж очікувалося, і з’ясували, як, найімовірніше, вона опинилася на своїй дуже тісній орбіті навколо білого карлика. Ці результати дають уявлення про майбутнє планет, подібних до Юпітера, після загибелі Сонця, що відбудеться через мільярди років.

Результати дослідження були опубліковані в журналі «Nature».

WD 1856 b була відкрита у 2020 році за допомогою TESS (Супутник спостережень за транзитами екзопланет) та космічного телескопа «Спітцер», який вже вийшов з експлуатації. Вона обертається навколо білого карлика WD 1856+534, який розташований приблизно за 80 світлових років від Землі. «Планета має розмір приблизно з Юпітер, але білий карлик, навколо якого вона обертається, має розмір Землі, тож планета в сім разів більша за свою зорю», — зазначив головний автор дослідження Раян Макдональд з Університету Сент-Ендрюса у Великій Британії.

WD 1856 b обертається надзвичайно близько до своєї зорі — на відстані, яка в 50 разів менша, ніж відстань між Землею та Сонцем. Якби WD 1856 b спочатку оберталася на такій відстані, вона б була знищена, коли зоря ще була червоним гігантом. Як їй вдалося пережити загибель своєї зорі та опинитися на своєму нинішньому місці?

Велика й гаряча

У рамках нового дослідження за допомогою «Вебба» вчені спостерігали за тим, як планета проходить перед своєю зорею. Цей транзит дав унікальну інформацію про масу планети, яка становить від чотирьох до одинадцяти мас Юпітера.

Команда також змогла визначити температуру планети. Під час транзиту світло від зорі було частково заблоковано, але в інфрачервоному діапазоні світло зменшилося менше, ніж інші довжини хвиль. Ця різниця пояснювалася інфрачервоним світлом, яке планета випромінювала завдяки власному теплу. Дані вказують на те, що температура планети становить приблизно 126 градусів за Цельсієм — це значно гарячіше, ніж було б, якби єдиним джерелом тепла було світло від білого карлика. Це загадкове відкриття виявилося ключовим фактом, який довів, яким чином планета, ймовірно, досягла своєї нинішньої орбіти.

Крістофер О’Коннор з Північно-Західного університету в Іллінойсі, співавтор дослідження, був відповідальним за відстеження температури планети в минулому. О’Коннор сказав: «Головне питання полягає в тому, як WD 1856 b опинилася там, де вона є сьогодні, і існує дві теорії. Одна з них полягає в тому, що планету поглинула материнська зоря, коли та вмирала, і їй вдалося вижити всередині. Інша полягає в тому, що міграція відбулася внаслідок гравітаційного впливу інших об’єктів у системі. Білий карлик є частиною потрійної зоряної системи, і супутні зорі могли вплинути на орбіту WD 1856 b».

Дослідники зрозуміли, що сьогодні немає джерела енергії, здатного генерувати таке тепло, отже, це має бути залишкова енергія з більш давніх часів, коли планета нагрівалася. Використовуючи моделі охолодження субзоряних об’єктів, таких як WD 1856 b, з плином часу, у поєднанні з новими даними від телескопа «Вебба», команда змогла спрогнозувати її температуру в минулому та визначити, як давно, ймовірно, відбулося нагрівання. Час є ключовим фактором для визначення того, чи нагрівання сталося внаслідок поглинання червоним гігантом, чи під час міграції до зорі.

Вони дійшли висновку, що нагрівання, найімовірніше, відбулося через 3–5,5 мільярда років після того, як зоря перетворилася на білого карлика. За цим сценарієм планета перебувала на широкій орбіті, яка захищала її від зорі під час її руйнівної фази червоного гіганта, і лише згодом мігрувала на своє нинішнє місце. «У міру наближення планети до зорі її взаємодія із сильним гравітаційним полем білого карлика спричинила її значне нагрівання, і з того часу вона постійно охолоджується», — зазначив О’Коннор.

Світло від зорі, проходячи крізь атмосферу планети, також дозволило отримати інформацію про її хімічний склад. «Ми побачили характерні ознаки дрібних хмарних частинок та вуглеводнів, найімовірніше метану, — це перший випадок, коли ми спостерігали атмосферу на планеті, що проходить перед мертвою зорею», — зазначила співавторка дослідження Вікторія Бем з Корнелльського університету. «Нещодавно ми за допомогою телескопа «Вебба» спостерігали ще чотири транзити WD 1856 b, щоб детальніше дослідити хімічний склад її атмосфери, і з нетерпінням чекаємо на результати».

Можливе майбутнє Сонячної системи

Приблизно через п’ять мільярдів років у ядрі Сонця вичерпається запас водню, і воно роздується, ставши червоним гігантом, розмір якого перевищить нинішній у понад 100 разів. Потім воно скине свої зовнішні шари й завершить своє життя у вигляді білого карлика. Меркурій, Венера та, можливо, Земля будуть знищені червоним гігантом. Однак доля більш віддалених планет, зокрема газових гігантів, залишається нез’ясованою. Пошук і вивчення планет, що обертаються навколо залишків зірок, схожих на Сонце, після їхньої смерті — це спосіб дізнатися, що може статися в нашій Сонячній системі в далекому майбутньому.

«Ми звикли заглядати в минуле, коли користуємося телескопами, але це вперше, коли нам вдалося зазирнути в майбутнє, щоб побачити, що може статися із зовнішніми планетами навколо залишків зорі, схожої на Сонце», — сказав Макдональд. «Це ніби використання машини часу, щоб зазирнути в далеке майбутнє нашої Сонячної системи».

«Вебб»

Космічний телескоп імені Джеймса Вебба — це провідна у світі космічна наукова обсерваторія. «Вебб» розгадує таємниці нашої Сонячної системи, заглядає за її межі до віддалених світів навколо інших зірок, а також досліджує загадкові структури та походження нашого Всесвіту й наше місце в ньому. «Вебб» — це міжнародна програма, яку очолює NASA разом зі своїми партнерами: ЄКА (Європейським космічним агентством) та ККА (Канадським космічним агентством).