Космічний телескоп «Джеймс Вебб» вперше безпосередньо зафіксував екзопланету, що настільки близько обертається навколо своєї зорі, що її атмосфера буквально випаровується у космос одразу у двох напрямках та утворює гігантський шлейф завдовжки майже половину її орбіти. Раніше наявність такого атмосферного «хвоста» науковці припускали лише за непрямими ознаками, однак тепер «Джеймс Вебб» зміг детально його розгледіти. Відкриття допомагає краще зрозуміти й змоделювати процеси, що відбуваються з планетами, які опиняються надто близько до своїх зір. Дослідження опублікували в журналі Nature Communications.
За якою планетою спостерігали астрономи?
Ультрагарячими юпітерами називають клас газових гігантів, що обертаються на надзвичайно малих відстанях від своїх батьківських зір. За таких умов інтенсивне ультрафіолетове та рентгенівське випромінювання зорі призводить до сильного нагрівання верхніх шарів атмосфер цих планет. Це може спричинити втечу легких газів, насамперед водню та гелію, з їхньої атмосфери.
Одним із таких об’єктів є екзопланета WASP-121b (Тілос) — ультрагарячий юпітер із масою приблизно у 1,18 раза більшою за масу Юпітера та радіусом, що майже у 1,8 раза перевищує радіус Юпітера. Планета обертається навколо своєї зорі на відстані близько 858 світлових років від Землі, здійснюючи повний оберт лише за приблизно 30 годин. Через надзвичайно малу відстань до зорі температура в атмосфері Тілоса сягає кількох тисяч кельвінів, що створює умови для інтенсивної втрати атмосфери. Сподіваючись дослідити це явище краще, міжнародна команда науковців на чолі з фахівцями Монреальського університету спостерігала за цією планетою.
Чому випаровується атмосфера планети?
Раніше наявність протяжного атмосферного шлейфу в цій системі лише припускали на основі спостережень транзиту Тілоса по диску його батьківської зорі. Це дозволяло реєструвати втечу атмосфери лише протягом обмеженого проміжку часу. У новому дослідженні астрономи спостерігали за планетою за допомогою космічного телескопа «Джеймс Вебб» безперервно протягом майже 37 годин: до, під час і після транзиту. Завдяки цьому вдалося зазнимкувати Тілос протягом повного періоду обертання навколо зорі.
Отримані дані свідчать про те, що гелієва оболонка планети значно виходить за межі, у яких гравітація Тілоса може її утримувати, і формує дві протяжні газові структури. Один хвіст простягається позаду планети через те, що зоряне випромінювання та зоряний вітер буквально «зривають» частинки атмосфери з Тілоса. Водночас другий хвіст спрямований уперед уздовж орбіти планети, ймовірно внаслідок гравітаційного впливу зорі та складної орбітальної динаміки газу. Розрахунки показують, що разом ці два гелієві хвости сягають довжини, яка приблизно у 100 разів перевищує діаметр планети Тілос.
Як відкриття змінює уявлення про гарячі юпітери?
Поки що наявні чисельні моделі не здатні повністю пояснити формування такої подвійної структури в планети, що втрачає атмосферу. Отримані результати демонструють, що в ультрагарячих юпітерів втрата атмосфери є складним тривимірним процесом, зумовленим одночасною дією зоряного випромінювання, зоряного вітру та гравітаційної взаємодії. Це має принципове значення для моделювання довготривалої еволюції екзопланет і для оцінки того, чи можуть газові гіганти з часом зазнавати суттєвої втрати маси та еволюціонувати в компактніші планети або навіть у майже оголені планетні ядра.
Що науковці знають про втрату планетами своїх атмосфер
🪐 Нещодавно «Джеймс Вебб» уже зафіксував втрату атмосфери надлегким газовим гігантом розміром із Юпітер, який також залишив на своїй орбіті шлейф із гелію.
🌍 За допомогою цього ж космічного телескопа астрономам вдалося підтвердити повну втрату атмосфери землеподібною планетою TRAPPIST-1b.
🌞 А у нашій планетарній системі сонячний вітер виявився причиною того, що Марс втрачає свою й без того розріджену газову оболонку.