Телескоп «Уэбб» впервые обнаружил двойные гелиевые хвосты у газового гиганта

Гигантский газовый гигант WASP-121b, расположенный на расстоянии около 850 световых лет от Земли, принадлежит к классу «сверхгорячих юпитеров». Он совершает полный оборот вокруг своей звезды всего за 30 часов, а значит – находится на опасно близком расстоянии к ней. Звездная радиация раскаляет его атмосферу до тысяч градусов, заставляя легкие элементы, такие как гелий и водород, с огромной скоростью улетучиваться в открытый космос. Этот процесс со временем способен кардинально изменить размер, состав и судьбу планеты.

До сих пор ученые могли наблюдать лишь краткие вспышки этого испарения – в те несколько часов, когда планета проходит по диску своей звезды. Непрерывно же отследить, как далеко простираются эти потоки и как они изменяются во времени, было невозможно. Группа астрономов из Института исследований экзопланет им. Троттье при Монреальском университете (IREx) и астрономического факультета Женевского университета в Швейцарии с помощью телескопа «Уэбб» впервые наблюдала за WASP-121b почти 37 часов подряд – дольше, чем длится полный орбитальный цикл планеты. Полученные ими результаты подробно изложены в статье, опубликованной в журнале Nature Communications. 

Полученные данные стали самым полным непрерывным набором наблюдений за гелиевым составом экзопланеты. Отслеживая слабое поглощение света атомами гелия в инфракрасном диапазоне, исследователи обнаружили, что газовое облако вокруг планеты простирается невероятно далеко – более чем на половину ее орбитального пути. Более того, оказалось, что гелий формирует не один, а два отчетливых хвоста. Первый – «догоняющий» хвост, тянется позади планеты, уносимый давлением звездного излучения и ветра. Второй – «ведущий» хвост, изгибается впереди планеты, вероятно, притягиваемый гравитацией звезды. Вместе эти шлейфы простираются на расстояние, более чем в 100 раз превышающее диаметр самой планеты, и покрывают пространство, втрое большее, чем дистанция от WASP-121 b до ее звезды.

«Это открытие раскрывает сложные физические процессы, формирующие атмосферы экзопланет, и то, как они взаимодействуют со звездным окружением. Мы только начинаем постигать истинную сложность этих миров», – отметили авторы работы.

Существующие компьютерные модели, способные объяснить одиночные хвосты, подобные кометным, не могут в полной мере воспроизвести наблюдаемую двойную структуру. Это говорит о том, что в формировании потоков критически важную роль играют как гравитационные силы звезды, так и ее ветер, и для понимания этого процесса потребуется новое поколение трехмерных симуляций. «Это действительно поворотный момент. Теперь нам необходимо переосмыслить то, как мы моделируем потерю атмосферной массы <…> Это критически важно для понимания того, как планеты эволюционируют и могут ли газовые гиганты превратиться в голые скалистые ядра», – заявил ведущий автор работы Ромен Алларт из IREx.

По словам исследователей, понадобятся дополнительные наблюдения телескопа «Уэбб», чтобы выяснить, является ли двойной гелиевый хвост уникальной особенностью WASP-121b или распространенным явлением среди горячих экзопланет. Изучая подобные системы, ученые надеются составить более широкую картину того, как излучение и звездные ветра влияют на планетарные атмосферы и, таким образом, лучше понять их конечную судьбу.

Ранее телескоп TESS обнаружил две юпитероподобные экзопланеты у красных карликов.

Фото Benoit Gougeon/Universite de Montreal