Неожиданная находка: сверхгорячая планета c океаном лавы обладает плотной атмосферой
Астрономы из Института Карнеги обнаружили убедительные доказательства существования плотной атмосферы у экзопланеты TOI-561 b. Это открытие стало неожиданностью для исследователей, ведь это космическое тело — раскаленная суперземля с глобальным океаном магмы. Результаты наблюдений, выполненных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», опубликовали в журнале The Astrophysical Journal Letters.
TOI-561 b — это землеподобная планета, масса которой примерно в два раза превышает земную. Она вращается вокруг звезды, которая немного уступает Солнцу по массе и температуре, но находится в 40 раз ближе к своему светилу, чем Меркурий к Солнцу. Год на этой планете длится всего 10,56 часа, а одна ее сторона всегда обращена к звезде.
В Солнечной системе подобные горячие и небольшие тела обычно теряют свою первичную газовую оболочку на ранних этапах формирования. Звезда в системе TOI-561 b значительно старше Солнца, однако атмосфера планеты сохранилась до наших дней.
Присутствие газовой оболочки помогает объяснить необычно низкую плотность этого небесного тела. Планета не настолько рыхлая, чтобы относиться к классу неплотных газовых гигантов, которые также называют «сахарной ватой». Однако плотность заметно ниже ожидаемой для объекта с земным составом. Исследователи предположили, что TOI-561 b обладает небольшим железным ядром и мантией из пород, которые легче земных. Это согласуется с тем фактом, что родительская звезда принадлежит к населению толстого диска Млечного Пути. Она бедна железом и образовалась в химической среде, отличной от условий формирования Солнечной системы.
Однако только внутренним строением нельзя полностью объяснить наблюдаемые параметры. Ученые выдвинули гипотезу, что планету окружает мощная атмосфера. Она визуально увеличивает размер объекта и тем самым снижает его среднюю плотность. Для проверки этой идеи команда использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec на борту телескопа «Джеймс Уэбб». Астрономы измерили температуру дневной стороны планеты по ее яркости в инфракрасном диапазоне. Этот метод основан на фиксации падения яркости системы в момент, когда планета заходит за звезду.
Если бы TOI-561 b представляла собой просто голый камень без воздуха, температура ее дневной стороны приближалась бы к 2700 градусам Цельсия. Данные NIRSpec показали иную картину. Температура освещенного полушария составляет около 1800 градусов Цельсия. Это значение остается экстремально высоким, но оно значительно ниже теоретических предсказаний для безатмосферного тела.
Метан или помехи: почему сложно найти атмосферу на ближайшей к нам пригодной для жизни планете
Авторы работы рассмотрели несколько сценариев для объяснения такого охлаждения. Циркуляция тепла в океане магмы могла бы переносить энергию, но твердая поверхность на ночной стороне ограничивала бы этот поток. Тонкий слой испаренной породы над магмой также не дал бы наблюдаемого эффекта. Наиболее вероятным объяснением остается наличие плотной атмосферы, насыщенной летучими веществами. Сильные ветры переносят тепло на ночную сторону, водяной пар поглощает часть излучения, а яркие силикатные облака отражают свет звезды.
Главной загадкой остается механизм удержания такой атмосферы в условиях мощного облучения.
Ученые полагают, что между океаном магмы и газовой оболочкой существует динамическое равновесие. Газы выходят из недр планеты и пополняют атмосферу, а расплавленная поверхность поглощает их обратно. По своей сути планета напоминает мокрый шар из лавы и содержит гораздо больше летучих веществ, чем Земля. Сейчас команда продолжает анализ данных, полученных за 37 часов непрерывных наблюдений, чтобы составить полную температурную карту планеты и уточнить химический состав ее воздуха.
Источник иллюстрации на обложке: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
