RW Space

Мир из расплавленной лавы, покрытый толстой оболочкой испаренной породы, может быть самым убедительным доказательством существования каменистой экзопланеты с атмосферой за пределами нашей Солнечной системы.

Планета TOI-561 b представляет собой сверхгорячую суперземлю с тем, что выглядит как глобальный океан магмы под толстой атмосферой летучих химических веществ, согласно новому исследованию, проведенному исследователями Carnegie Science.

TOI-561 b также является древняя астрофизическая загадка, которая бросает вызов тому, что мы знали об обжигающе горячих экзопланетах, запертых в головокружительно быстром танце вокруг своих звезд.

По теме: Астрономы нашли удивительную «Суперземлю», которая почти так же стара, как Вселенная

Экзопланета вращается вокруг своей звезды на расстоянии менее 1,6 миллиона километров (0,99 миллиона миль), или всего лишь одной сороковой Расстояние между Солнцем и Меркурием превращает его в адский пейзаж, окруженный приливами, одна сторона которого омывается вечным светом, а другая погружена в вечную тьму.

Любопытно, что он каким-то образом удерживал свою атмосферу в течение миллиардов лет, несмотря на интенсивное звездное излучение, которое, как полагают, лишает подобные планеты их газовых покровов и оставляет их в виде голых, тлеющих камней, если не расплавленных шаров лавы.

«Основываясь на том, что мы знаем о других системах, астрономы могли бы предсказать, что такая планета слишком мала и горячая, чтобы сохранять свою собственную атмосферу в течение длительного времени после образования», — говорит астроном Carnegie Science Николь Уоллак.

TOI-561 b известна как планета со сверхкоротким периодом существования (USP). из-за его узкой орбиты, на прохождение которой уходит менее 11 часов. По размерам она примерно в два раза больше массы Земли и в 1,4 раза больше радиуса Земли.

Она вращается вокруг чрезвычайно старой звезды, которая немного менее массивна и холоднее Солнца. Эта звезда имеет низкое содержание железа и богата альфа-элементами, такими как кислород, магний и кремний, которые были слиты массивными звездами в ранней Вселенной.

Она также расположена в толстом диске Млечного Пути, галактической области, похожей на звездное сообщество пенсионеров. Эти факторы показывают, что возраст звезды составляет около 10 миллиардов лет, что более чем в два раза старше Солнца.

Исследователи также отметили, что TOI-561 b имеет необычно низкую плотность, всего примерно в четыре раза плотнее воды. Это может быть связано с тем, что TOI-561 b имеет относительно небольшое железное ядро и может состоять из пород, которые менее плотны, чем породы земной коры. Такой состав имеет смысл, если TOI-561 b образовался в ранней Вселенной, когда присутствовало меньше железа.

С другой стороны, это также может быть связано с тем, что TOI-561 b имеет атмосферу, из-за которой он выглядит больше, чем он есть на самом деле.

Чтобы выяснить, есть ли у TOI-561 b более низкая, чем ожидалось, плотность была связана с атмосферой, исследователи использовали данные JWST, который наблюдал за системой планеты в течение 37 часов и совершил почти четыре полных оборота вокруг ее звезды.

Измеряя дневную яркость TOI-561 b в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью NIRSpec Уэбба (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона), исследователи смогли рассчитать его температуру и, следовательно, вероятность наличия у него атмосферы.

Без атмосферы TOI-561 b должна быть около 2700 градусов Цельсия (4900 градусов по Фаренгейту), но измерения показали, что она ближе к более прохладной 1800 градусам по Цельсию.

Исследователи предполагают, что атмосфера может «охлаждать» звездную сторону TOI-561 b несколькими способами: ветры в атмосфере могут переносить часть тепла с дневной стороны на ночную, в то время как водяной пар может поглощать ближний инфракрасный свет от поверхности планеты, создавая видимость холоднее.

Но как TOI-561 b удавалось сохранять эту плотную атмосферу в течение миллиардов лет, пролетая так близко к своей родительской звезде?

Команда считает, что экзопланета, возможно, установила равновесие между своей атмосферой и покрывающим поверхность океаном магмы, которая замерзла бы на ночной стороне без атмосферы.

Вместо этого исследователи полагают, что газы могли просачиваться из коры экзопланеты, чтобы питать атмосферу, с некоторыми неизбежно убегает в космос. В то же время массивный океан магмы, возможно, действовал как сток, втягивая газы обратно в недра планеты.

Здесь может сыграть роль содержание железа в экзопланете: тот же элемент, который связывает кислород в наших красных кровяных тельцах, может помочь TOI-561 сохранить свою атмосферу, удерживая летучие химические вещества в своем магматическом океане или ядре.

«Из выборки каменистых планет с ограничениями по дневной яркости и температуре видно, что массивный океан магмы действовал как сток, втягивая газы обратно в недра планеты.

Содержимое экзопланеты может сыграть роль что планеты с температурой облучения, превышающей ~2000 К, способны пополнять летучие оболочки быстрее, чем они теряются», — пишут исследователи в своей статье.

Однако «точное определение того, почему TOI-561 b имеет плотную атмосферу, потребует дальнейшего теоретического и наблюдательного исследования».

Это исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.