Ультрагорячий юпитер WASP-121b озадачил астрономов вертикальным ветром
Экзопланета WASP-121b — один из самых необычных миров, известных ученым. Он располагается так близко к своей звезде, что получает от нее колоссальное количество излучения, а это, в свою очередь, сильно нагревает его атмосферу. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» помог астрономам узнать, как именно сформировалась экзопланета и в какой части протопланетного диска она могла возникнуть. Выводы основаны на обнаружении нескольких ключевых молекул в ее атмосфере.
В 2015 году международная команда астрономов, которая работала с данными двух роботизированных обсерваторий SuperWASP-North на Канарских островах и SuperWASP-South в ЮАР, объявила об открытии экзопланеты WASP-121b. Объект вращается вокруг желто-белого карлика WASP-121 в 850 световых лет от Земли.
WASP-121b представляет собой ультрагорячий юпитер — класс газовых гигантов, которые располагаются чрезвычайно близко к своим светилам. Новая экзопланета практически обитает на границе полости Роша, поэтому очень скоро может разрушиться из-за приливных сил родительской звезды.
Экзопланета совершает полный оборот вокруг своего солнца за 30,5 часов. Этот мир — «заложник» своей звезды, он находится у нее в приливном захвате, то есть повернут к светилу всегда одной стороной. На дневной стороне температура достигает трех тысяч градусов Цельсия, а на ночной почти 1,5 тысячи градусов.
Такие экстремальные условия превращают атмосферу WASP-121b в уникальную химическую лабораторию. Высокие температуры на дневной стороне испаряют даже самые тугоплавкие металлы — обычно твердые соединения, устойчивые к сильному нагреву, — что позволяет изучить их состав в газообразном виде.
Ранее у WASP-121b астрономы открыли первую известную стратосферу, содержащую водяной пар. Но чтобы понять историю формирования экзопланеты, а также ее химическую эволюцию и динамику атмосферы, нужно больше данных. Именно такие данные помог получить космический телескоп «Джеймс Уэбб» — один из самых мощных на сегодняшний день инструментов для изучения далеких миров.
Международная команда астрономов под руководством Томаса Эванса-Сомы (Thomas Evans-Soma) из Института астрономии Макса Планка в Германии воспользовалась космической обсерваторией, чтобы тщательно исследовать мир WASP-121b. Ученые не просто подтвердили наличие уже известных химических веществ в атмосфере экзопланеты, а впервые обнаружили там метан (CH4) и монооксид кремния (SiO). Это открытие помогло пролить свет на происхождение WASP-121b и ее бурное прошлое.
В своем исследовании Эванс-Сом и его коллеги использовали инструмент «Джеймса Уэбба» NIRSpec — спектрограф ближнего инфракрасного диапазона. Ученые наблюдали WASP-121b на протяжении всего ее орбитального периода, длившегося 30,5 часа, и во время транзита — прохождения перед диском светила. Такой подход позволил зафиксировать тепловое излучение и с дневной, и с ночной стороны, а также проанализировать свет звезды, прошедший через атмосферу экзопланеты во время транзита.
Анализ данных выявил четкие спектральные сигнатуры четырех ключевых молекул: водяного пара (H2O), монооксида углерода (CO), монооксида кремния (SiO) и метана (CH4). Кроме того, ученым удалось определить относительное содержание углерода, кислорода и кремния в атмосфере.
Именно соотношение углерода к кислороду стало первым важным ключом к прошлому планеты. Оно оказалось заметно выше, чем в атмосфере родительской звезды. Это явное указание на то, что WASP-121b формировалась не там, где находится сейчас.
Ученые пришли к выводу, что экзопланета набрала основную массу своего газа в гораздо более холодном регионе протопланетного диска. Там было достаточно холодно, чтобы вода оставалась в твердом состоянии, но при этом достаточно тепло, чтобы метан мог существовать в газообразной форме.
В нашей Солнечной системе подобные условия существуют между орбитами Юпитера и Урана — в царстве газовых и ледяных гигантов. Это означает, что WASP-121b родилась далеко от своей звезды, в холодных окраинах системы. Но затем что-то заставило ее мигрировать внутрь, к самому светилу, где она сейчас и находится. В результате долгого и драматичного путешествия WASP-121b оказалась в «адской ловушке».
Важную деталь к картине формирования экзопланеты добавило обнаружение монооксида кремния (SiO). Авторы исследования полагают, что кремний попал на экзопланету не с газом, а с твердыми материалами — каменистыми планетезималями, богатыми кварцем (SiO2). WASP-121b захватывала их гравитацией уже на поздних стадиях своего развития, после того как набрала основную массу газа.
Ученые реконструировали сценарий появления WASP-121b. По их мнению, планета начала формироваться с ледяных частиц пыли, слипающихся в гальку размером от сантиметра до метра. Эта галька притягивала окружающий газ и мелкие частицы, что ускоряло ее рост. Двигаясь в газопылевом диске, материал испытывал сопротивление и постепенно «сползал» к звезде. По пути в более теплые внутренние области лед на гальке испарялся. Когда зародыш WASP-121b набрал достаточные размеры, он создал разрыв в диске. Этот разрыв остановил поток гальки из внешних областей.
Разрыв возник в зоне, где испарялась галька, содержащая метан (богатый углеродом), но еще не испарялась галька с водяным льдом (богатая кислородом). Планета продолжала притягивать окружающий газ, обогащенный углеродом от испарившегося метанового льда, но поток кислородосодержащей гальки уже прекратился. Так сформировалось высокое соотношение углерода к кислороду, которое «Джеймс Уэбб» и зафиксировал в атмосфере WASP-121b.
Еще одна важная деталь. При температуре три тысячи градусов на дневной стороне метан нестабилен и быстро разрушается. Он моментально распадается на углерод и водород. Теоретические модели предсказывали, что горячий газ с дневной стороны, содержащий продукты разрушения метана, постоянно перетекает на ночную сторону, где гораздо прохладнее. Причем, этот процесс происходит быстрее, чем метан успевает образовываться заново из тех самых «обломков» на ночной стороне. Поэтому метана там должно быть ничтожно мало. Но «Джеймс Уэбб» показал обратное — там этого газа очень много.
Ученые объяснили этот парадокс только одним способом: на ночной стороне дуют невероятно сильные вертикальные ветры. Они стремительно поднимают метан из глубоких, более холодных и богатых метаном слоев атмосферы, наверх, где его и зафиксировал космический телескоп. Скорость восходящих потоков должна быть настолько высока, что они постоянно пополняют запасы метана, несмотря на процессы, которые должны его разрушать или не давать образовываться в достаточном количестве.
Интересно, что во время транзита, когда космический телескоп NASA анализировал свет звезды, проходящий через зону смешения потоков с дневной и ночной сторон, метан обнаружить не удалось. Это косвенно подтверждает гипотезу о его глубоком залегании на ночной стороне и подъеме только над самой поверхностью «темного полушария».
Открытие команды Эванса-Сомы бросает вызов современным моделям динамики атмосфер экзопланет. Их придется серьезно дорабатывать, чтобы объяснить столь мощное вертикальное перемешивание, обнаруженное на ночной стороне WASP-121b.
Научная работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
В популярной литературе сверхмассивные черные дыры чаще всего представляют как разрушители звезд и планет. Авторы новой работы попробовали рассчитать, что на самом деле происходит в окрестностях таких объектов и пришли к противоположному выводу.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии