• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21 мая
Дарья Г.
1
2 399

Астрономы объяснили, как «раздутая» экзопланета удерживает свой газовый «кокон»

5.8

«Теплый юпитер» WASP-107 b не вписывался в гипотезы о формировании планет из-за слишком низкой плотности при низкой массе. Две независимые группы ученых смогли объяснить все особенности этой экзопланеты, изучив данные наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб».

Экзопланета WASP-107 b в представлении художника
Экзопланета WASP-107 b в представлении художника / © NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

В 2017 году у звезды спектрального класса K примерно в 200 световых годах от нас, в направлении созвездия Девы, ученые обнаружили транзитирующую экзопланету WASP-107 b. Она летает в семь раз ближе к своей звезде, чем Меркурий — к Солнцу. Ее орбитальный период — всего 5,7 земного дня. Из-за близости к звезде и отсутствия твердой поверхности никто не рассматривал ее как потенциально обитаемый мир. Тем не менее экзопланета заинтересовала ученых, потому что не вписывалась в модели формирования планет.

По размеру WASP-107 b сопоставима с Юпитером, по массе — в 10 раз меньше. Такой большой радиус ей дает «раздутая» атмосфера. По ранним наблюдениям получалось, что более 85 процентов массы планеты составляет ее газовый «кокон». Это ближе к параметрам Юпитера и Сатурна (около 90 процентов), нежели к параметрам Нептуна и Урана (5-15 процентов). При этом массу ядра ученые оценили ниже пяти земных масс. Для сравнения: масса ядра Юпитера — 14-18 земных масс.

«Учитывая радиус, массу, возраст и предполагавшуюся внутреннюю температуру, мы думали, что у WASP-107 b очень маленькое каменное ядро, окруженное огромной массой водорода и гелия. Поэтому нам было сложно понять, как настолько небольшое ядро могло притянуть столько газа, а потом остановить этот процесс, так и не превратившись в планету юпитерианской массы», — объяснил Луис Уэлбенкс (Luis Welbanks) из Аризонского государственного университета (США), ведущий автор одного из новых исследований экзопланеты.

Причина такой оценки проста: если бы в ядре было больше массы, атмосфера WASP-107 b «сжалась» бы по мере эволюционного охлаждения тела. Несмотря на близость к звезде, экзопланета все же находится слишком далеко, чтобы объяснить «раздутость» влиянием светила. Значит, причина — в недостаточном притяжении ядра, но как тогда оно собрало такой «кокон»?

К счастью, поскольку планета регулярно пролетает между нами и своей звездой, у астрономов есть возможность изучить состав ее атмосферы. Именно такие спектральные данные от космического телескопа «Джеймс Уэбб» запросили две независимые группы ученых. Уэлбенксу и его коллегам удалось определить источник тепла, объясняющий раздутую атмосферу. Дэвид Синг и его международная группа ученых смогли выявить сильное «перемешивание» атмосферы, а также скорректировать массу и температуру ядра. Обе работы опубликованы в журнале Nature.

«Изучение внутренней структуры планет в сотнях световых лет от нас кажется невозможной задачей, но когда вы знаете массу, радиус, состав атмосферы и внутреннюю температуру, у вас есть все необходимые кусочки пазла, чтобы догадаться, что находится у нее внутри и насколько тяжелое у нее ядро. Таким методом мы можем исследовать множество газовых планет в различных системах», — объяснил Дэвид Синг (David Sing), заслуженный профессор наук о Земле и планетах из Университета Джонса Хопкинса (США).

В атмосфере WASP-107 b астрономы обнаружили наличие воды, углекислого газа, угарного газа, сернистого газа, метана и аммиака. По наличию элементов ученые смогли оценить «разделение» планеты на ядро и атмосферу, а по наличию их соединений — выявить вероятные химические процессы в атмосфере.

Спектр атмосферы планеты WASP-107 b по данным космического телескопа «Хаббл» (зеленые точки) и инструментов «Джеймса Уэбба» (желтые и розовые точки на верхнем графике / © NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI) Science: L. Welbanks (ASU) and the JWST MANATEE team

Судя по новым данным наблюдений, у WASP-107 b высокая металличность, высокая внутренняя температура, более 350 кельвинов, и высокие показатели «перемешивания» атмосферы.

По расчетам группы Уэлбенкса, такая внутренняя температура объясняется приливным разогревом от взаимодействия звезды и планеты. Орбита WASP-107 b вытянута не так уж сильно (e = 0,06 ± 0,04), но этого достаточно для подобного разогрева.

Тем временем группа Синга сфокусировалась на другом показателе — очень маленьком содержании метана. Его там в тысячу раз меньше, чем ожидали увидеть ученые. Метан нестабилен при высокой температуре. Раз его столь мало, значит, в процессе «путешествия» по слоям атмосферы он взаимодействует с другими соединениями и излучением звезды.

Спектр атмосферы планеты WASP-107 b по данным NIRSpec, инструмента «Джеймса Уэбба» / © NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI) Science: D. Sing (JHU) and the NIRSpec GTO transiting exoplanet team

По оценке группы Синга, температура ядра экзопланеты WASP-107 b — приблизительно 460 кельвинов (не противоречит расчетам группы Уэлбенкса). Такой жар меняет химию газов в глубине и провоцирует «бурление» атмосферы. Метан при этом распадается, зато увеличивается количество углекислого и угарного газа.

Учтя все показатели и предположив, что ядро планеты состоит из камня и воды в соотношении один к одному, ученые вывели вероятную массу ядра WASP-107 b — 11,5 массы Земли. Получается, оно составляет треть массы планеты. Это значение уже хорошо вписывается в модели формирования планет, особенно с учетом приливного разогрева.

По словам Зафара Рустамкулова из группы Синга, астрономы впервые установили прямой «контакт» между внутренним устройством экзопланеты и верхними слоями ее атмосферы. Более того, впервые с высокой статистической вероятностью получилось рассчитать параметры ядра экзопланеты.

Главный вывод, который можно сделать по результатам двух исследований: приливный разогрев из-за немного вытянутой орбиты может значительно влиять на химию атмосферы и внутреннюю структуру большинства холодных (менее 1000 кельвинов) экзопланет с массой от суперземель до Сатурна.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
11 часов назад
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

Позавчера, 11:06
НИУ ВШЭ

Энцелад — один из крупнейших спутников Сатурна, где потенциально может существовать внеземная микробная жизнь. Исследователи НИУ ВШЭ и ИКИ РАН вычислили характеристики пылевой плазмы и электрических полей, а также концентрацию фотоэлектронов вблизи поверхности спутника. Несмотря на удаленность Энцелада от Солнца, фотоэффект на его поверхности оказался важен для формирования пылевой плазмы.

19 июня
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

19 июня
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

19 июня
Александр Березин

Популярная гипотеза о доставке большого объема легких элементов на древнюю Землю с кометами и астероидами получила существенный удар: «импорт» был весьма невелик. Значит, вода и многое другое, необходимое для возникновения жизни, никогда не исчезали с лица нашей планеты.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий
Англосаксам больше нечем заняться?х
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно