Хаббл увидел, как испаряющаяся планета "икает"

Молодая планета, вращающаяся вокруг раздраженной звезды-красного карлика, непредсказуемо меняется от орбиты к орбите.

Эта планета находится так близко к своей звезде, что испытывает на себе постоянный мощный поток звездной энергии, который испаряет водородную атмосферу, приводя к её отдуванию от планеты, рассказывают в НАСА.

Но при прохождении одной орбиты, что наблюдалось с помощью космического телескопа "Хаббл", планета выглядела так, как будто она вообще не теряет материал, а на орбите, наблюдаемой с помощью этого же телескопа полтора года спустя, были обнаружены явные признаки потери атмосферы.

Такая экстремальная изменчивость между орбитами шокировала астрономов. «Мы никогда не видели, чтобы за такой короткий период времени во время прохождения планеты перед своей звездой потеря атмосферы переходила от совершенно невыявляемой до очень выявляемой», - сказала Кигли Рокклифф из Дартмутского колледжа в Ганновере (штат Нью-Гэмпшир). «Мы действительно ожидали чего-то очень предсказуемого, повторяющегося. Но это оказалось странным. Когда я впервые увидела это, я подумала: "Этого не может быть"».

Рокклифф была также озадачена тем, что, когда атмосферу планеты можно было различить, она раздувалась перед планетой, как фара у быстро приближающегося поезда. «Это откровенно странное наблюдение является своего рода стресс-тестом для моделирования и физики планетарной эволюции. Это наблюдение очень интересно, потому что мы получаем возможность исследовать взаимодействие между звездой и планетой в наиболее экстремальном режиме», - сказала она.

Родительская звезда AU Microscopii (AU Mic), которая находится в 32 световых годах от Земли, содержит одну из самых молодых планетных систем среди когда-либо наблюдаемых. Возраст звезды составляет менее 100 млн лет (мизерная доля от возраста нашего Солнца, которому 4,6 млрд лет). Самая внутренняя планета, AU Mic b, имеет орбитальный период 8,46 дня и находится на расстоянии всего 9,5 млн км от звезды (примерно 1/10 расстояния планеты Меркурий от нашего Солнца). Диаметр раздутого газообразного мира примерно в четыре раза больше диаметра Земли.

Планета AU Mic b была открыта с помощью космических телескопов "Спитцер" и TESS (Спутник наблюдения за транзитами экзопланет) в 2020 году. Она была обнаружена транзитным методом — это, когда телескопы наблюдают небольшой провал в яркости звезды при прохождении перед ней планеты.

Красные карлики, подобные AU Microscopii, являются самыми распространенными звездами в нашей галактике Млечный Путь. Поэтому у них должна располагаться большая часть планет нашей галактики. Но могут ли планеты, вращающиеся вокруг звезд-красных карликов типа AU Mic b, быть пригодными для жизни? Основная проблема заключается в том, что у молодых красных карликов происходят мощные звездные вспышки с иссушающим излучением. Этот период высокой активности длится гораздо дольше, чем у таких звезд, как наше Солнце.

Вспышки подпитываются интенсивными магнитными полями, которые сплетаются в результате бурных движений звездной атмосферы. Когда запутывание становится слишком сильным, поля разрываются и пересоединяются, высвобождая огромное количество энергии, в 100-1000 раз более мощной, чем во время вспышек на нашем Солнце. Это настоящий фейерверк из обильных ветров, вспышек и рентгеновского излучения, поражающий все планеты, которые вращаются вблизи звезды. «Это создает действительно неограниченную и, откровенно говоря, пугающую среду звездного ветра, влияющую на атмосферу планеты», - говорит Рокклифф.

Новости по подобной теме:

		Уэбб и Хаббл показали жуткую пару галактик
		"Хаббл" и "Новые горизонты" одновременно нацелились на Уран для дальнейшего изучения экзопланет
		Ученые открыли планету, вращающуюся вокруг ближайшей к нашему Солнцу одиночной звезды

В таких жестких условиях планеты, формирующиеся в течение первых 100 млн лет после рождения звезды, должны испытывать наибольшее количество потерь атмосферы. В результате планета может полностью лишиться своей атмосферы.

«Мы хотим выяснить, какие планеты смогут выжить в таких условиях. Какой вид они будут иметь, когда звезда успокоится? И будет ли у них в конце концов хоть какой-то шанс на жизнепригодность, или они окажутся просто выжженными планетами?» - говорит Рокклифф. «Потеряют ли они в конце концов большую часть своей атмосферы, а их уцелевшие ядра станут суперземлями? Мы не знаем, каким будет конечный состав этих планет, поскольку в нашей Солнечной системе нет ничего подобного».

Хотя блики звезды не позволяют "Габблу" непосредственно увидеть планету, телескоп может измерить изменения видимой яркости звезды, вызванные вытеканием водорода от планеты и ослаблением света звезды во время прохождения планеты перед звездой. Атмосферный водород нагрелся до такой степени, что вырвался из-под гравитации планеты.

Невиданные ранее изменения в атмосферном оттоке от AU Mic b могут свидетельствовать о быстрой и экстремальной изменчивости вспышек красного карлика-хозяина планеты. Такая изменчивость объясняется наличием у звезды большого количества бурных линий магнитного поля. Одно из возможных объяснений отсутствия водорода во время одного из транзитов планеты заключается в том, что мощная звездная вспышка, которую наблюдали за семь часов до этого, могла фотоионизировать водород при его выходе, до такой степени, что он стал прозрачным для света, поэтому не был обнаружен.

Другое объяснение заключается в том, что звездный ветер сам формирует планетарный отток, делая его наблюдаемым в одни моменты времени и не наблюдаемым в другие, даже заставляя часть вытока "икать" перед самой планетой. Это предполагается в некоторых моделях, например, в моделях Джона МакКанна и Рут Мюррей-Клей из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, но это первое наблюдательное свидетельство того, что это происходит, к тому же в такой экстремальной степени, говорят исследователи.

Дальнейшие наблюдения "Хаббла" за другими транзитами AU Mic b должны дать дополнительные сведения о странной изменчивости звезды и её планеты, что позволит проверить научные модели истечения и эволюции экзопланетной атмосферы.

Рокклифф является ведущим автором научной статьи, принятой к публикации в The Astronomical Journal.

Космический телескоп "Хаббл" — это проект международного сотрудничества НАСА и ЕКА. Управление телескопом осуществляется Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Научными операциями с Габблом занимается Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе. Для НАСА STScI управляется Ассоциацией университетов по исследованиям в области астрономии (Вашингтон, округ Колумбия).

• космический телескоп Хаббла
• Экзопланеты