JWST обнаружил новый класс расплавленных планет

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) обнаружен новый тип планеты за пределами нашей Солнечной системы — планета, хранящая огромные запасы серы в глубинах безграничного океана магмы.

Об этом сообщают в Оксфордском университете, передают OstanniPodii.com.

Экзопланета, известная как L 98-59 d, вращается вокруг небольшой красной звезды, расположенной примерно в 35 световых годах от Земли. Недавние наблюдения JWST и наземных обсерваторий указали на нечто необычное: планета имеет особенно низкую плотность, учитывая ее размер (который примерно в 1,6 раза превышает размер Земли), а ее атмосфера содержит значительное количество сероводорода.

До сих пор астрономы отнесли бы такую планету к одной из двух известных категорий: либо к каменистому «газовому карлику» с атмосферой из водорода, либо к богатой водой планете, состоящей из глубоких океанов и льда. Но это открытие показывает, что L 98-59 d не соответствует ни одному из этих описаний — вместо этого она, как представляется, принадлежит к совершенно другому классу планет, содержащих тяжелые молекулы серы.

С помощью современного компьютерного моделирования международная группа ученых воссоздала историю планеты от периода, наступившего сразу после ее рождения, до настоящего времени — промежуток времени, составляющий почти пять миллиардов лет. Связав телескопические наблюдения с этими подробными физическими моделями внутреннего строения планеты и ее атмосферы, ученые смогли определить, что именно происходит в недрах планеты.

Результаты показывают, что мантия L 98-59 d, вероятно, состоит из расплавленного силиката (подобного лаве на Земле), а под ней на тысячи километров простирается глобальный магматический океан. Этот огромный расплавленный резервуар позволяет планете хранить чрезвычайно большие объемы серы глубоко в ее недрах на протяжении геологических времен. Магматический океан также помогает L 98-59 d удерживать плотную, богатую водородом атмосферу, содержащую серосодержащие газы, такие как сероводород (H2S). Обычно они со временем улетучивались бы в космос из-за рентгеновского излучения, генерируемого материнской звездой.

На протяжении миллиардов лет химические обмены между ее расплавленным внутренним слоем и атмосферой сформировали то, что сегодня наблюдают телескопы на этой планете. Исследователи предполагают, что L 98-59 d может быть первым признанным представителем более широкой популяции богатых газом сернистых планет, поддерживающих долговечные магматические океаны. Если это так, то разнообразие миров в нашей галактике может быть даже больше, чем ранее предполагалось.

«Это открытие свидетельствует о том, что категории, которые астрономы сейчас используют для описания малых планет, могут быть слишком упрощенными. Хотя эта расплавленная планета вряд ли может поддерживать жизнь, она отражает широкое разнообразие миров, существующих за пределами Солнечной системы. Тогда мы можем спросить: какие еще типы планет ждут своего открытия?», — сказал главный автор исследования доктор Гаррисон Николс из кафедры физики Оксфордского университета.

Наблюдения JWST, проведенные в 2024 году, указали на наличие диоксида серы, среди других сернистых газов, в верхних слоях атмосферы L 98-59 d. Новые модели показывают, что эти газы могут образовываться, когда ультрафиолетовое излучение от материнской звезды, красного карлика L 98-59, запускает химические реакции. В то же время магматический океан, находящийся ниже, действует как огромный резервуар для буферизации этих летучих газов, накапливая и высвобождая их в течение миллиардов лет после образования планеты. Эта комбинация глубокого хранения летучих веществ в ее недрах и атмосферной химии, обусловленной ультрафиолетом, объясняет примечательные свойства планеты.

Согласно моделированию, L 98-59 d, вероятно, образовалась с очень большим количеством летучих веществ и когда-то могла больше напоминать более крупную планету, почти как наш Нептун. В течение миллиардов лет она постепенно уменьшалась в размерах, остывая и теряя часть своей атмосферы. Важно, что магматические океаны представляют собой универсальные начальные состояния всех каменных планет (включая Землю и Марс), поэтому новые представления о физике магматических океанов могут дать нам информацию о нашем собственном мире и его первоначальной истории.

«Интересно то, что мы можем использовать компьютерные модели, чтобы раскрыть скрытое недро планеты, которую мы никогда не посетим. Хотя астрономы могут измерить лишь размер, массу и состав атмосферы планеты издалека, это исследование показывает, что можно реконструировать далекое прошлое этих чужих миров — и открывать типы планет, не имеющие аналогов в нашей Солнечной системе», — отметил соавтор исследования профессор Реймонд Пьергумберт (кафедра физики, Оксфордский университет).

JWST предоставляет огромный объем новых данных, а ещё больше данных будет получено в результате будущих миссий. Исследовательская группа намерена применить свои модели к новым измерениям, используя методы машинного обучения, чтобы составить карту разнообразия миров за пределами Солнечной системы и установить связи с их ранней историей. Таким образом мы узнаем о том, как образуются планеты, как они эволюционируют, и тем самым сможем определить, какие из них могут быть пригодны для жизни (а какие — нет).

«Наши компьютерные модели имитируют различные планетарные процессы, что фактически позволяет нам повернуть время вспять и понять, как эволюционировала эта необычная каменистая экзопланета, L 98-59 d. Сероводород, который отвечает за запах тухлых яиц, кажется, играет там главную роль. Но, как всегда, нужны дополнительные наблюдения, чтобы понять эту планету и другие, подобные ей. Дальнейшие исследования могут еще показать, что довольно едкие планеты на удивление распространены», — сказал д-р Ричард Чаттерджи (Университет Лидса/Оксфордский университет).

Исследование «Эволюция расплавленной суперземли L 98-59 d, богатой летучими веществами» было опубликовано в журнале Nature Astronomy. Помимо Оксфорда и Лидса, в исследовании участвовали ученые из Гронингенского университета и Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе.

• телескоп Уэбба
• Экзопланеты