JWST поймал планету-рекордсмен, отрастившую два огромных хвоста

Примерно в 880 световых годах от Земли раскаленный беспорядок экзопланеты медленно выбрасывает свою атмосферу в космос, создавая два огромных гелиевых хвоста, которые простираются более чем на половину пути вокруг звезды.

По словам авторов нового исследования, такое зрелище наблюдается впервые. Астрономы и раньше видели экзопланеты с негерметичной атмосферой, но обычно лишь мимолетно, когда планеты проходят перед звездами-хозяевами.

Однако на этот раз исследователям удалось непрерывно отслеживать выход атмосферы экзопланеты на всей ее орбите, проливая новый свет на это явление, включая подсказки о том, как оно работает, что происходит с потерянным газом и что это может означать для планетарной эволюции.

По теме: Рекорд планеты. Железный ветер скрывает климат, непохожий ни на что, что мы видели

Их исследование сосредоточено на WASP-121b, также известной как Тилос, экстремальной экзопланете, уже известной такими причудами, как облака испаренного металла, дожди из рубинов и сапфиров, а также самое быстрое атмосферное реактивное течение, известное науке.

Это сверхгорячий Юпитер; категория внесолнечных газовых гигантов, в целом аналогичных Юпитеру, за исключением того, что они намного ближе к своим звездам и, следовательно, намного горячее.

Тилос настолько близок к своей звезде, что ему требуется всего 30 часов, чтобы совершить оборот по орбите – это означает, что год на Тилосе длится примерно столько же, сколько один день на Земле.

Это немного близко к его родительской звезде для комфорта. Интенсивная радиация нагревает атмосферу планеты до тысяч градусов, создавая экстремальные условия, которые делают возможным множество странностей, в том числе выход в космос более легких газов, таких как водород и гелий.

В некоторых случаях выход из атмосферы может произойти быстро, но часто это постепенный процесс, при котором уходят небольшие количества газов. Тем не менее, даже медленная утечка может со временем существенно изменить размер и состав планеты и, возможно, повлиять на ее эволюцию.

Большая часть того, что мы знаем о утечке атмосферы, получена из данных, собранных во время планетарных транзитов, которые могут длиться всего несколько часов. Этот подход фиксирует лишь часть того, что происходит на орбите экзопланеты.

В новом исследовании исследователи наблюдали Тилос в течение почти 37 часов подряд с помощью формирователя изображения ближнего инфракрасного диапазона и безщелевого спектрографа JWST, получив беспрецедентные данные более чем за одну полную орбиту.

Они сканировали путь Тилоса на предмет поглощения гелия в инфракрасных волнах, что является установленным сигналом выхода из атмосферы. Было обнаружено, что гелиевая дымка простирается далеко за пределы самой планеты, занимая почти 60 процентов орбиты планеты.

Это самое продолжительное непрерывное наблюдение за утечкой атмосферы на сегодняшний день, и оно выявило «постоянный и крупномасштабный отток», пишут исследователи.

Как ни странно, Тилос генерирует не один поток. Было замечено, что атомы гелия образуют два отдельных хвоста: один тянется за планетой, а другой — впереди нее. Оба хвоста огромны, их общая площадь более чем в 100 раз превышает диаметр Тилоса.

«Мы были невероятно удивлены, увидев, как долго продолжался отток гелия», — говорит ведущий автор Ромен Аллар, астроном из Института исследований экзопланет Тротье и Университета Монреаля.

«Это открытие раскрывает сложные физические процессы, формирующие атмосферу экзопланет, и то, как они взаимодействуют со звездами. окружающей среды», — добавляет Алларт. «Мы только начинаем раскрывать истинную сложность этих миров».

Наличие двух гелиевых хвостов представляет собой загадку для астрономов. Существующие компьютерные модели могут объяснить одиночный хвост газов, вытекающих из планеты, но они с трудом могут реконструировать происхождение двойных хвостов, простирающихся в разных направлениях.

Радиация и звездный ветер могут заставить один хвост тянуться за планетой, предполагают исследователи, в то время как гравитация звезды может притягивать ведущий хвост, заставляя поток изгибаться перед Тилосом на орбите.

Необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, как эти и другие силы влияют на атмосферные потоки, а также дать информацию новым Трехмерное моделирование, которое более точно моделирует задействованную физику.

Помимо объяснения двойных гелиевых хвостов Тилоса, более глубокое понимание атмосферных потерь может раскрыть более широкие тайны планетарной эволюции, в том числе могут ли такие утечки газа превратить массивные газовые гиганты в меньшие, похожие на Нептун планеты или даже в урезанные скалистые ядра.

«Это действительно поворотный момент», — говорит Алларт. «Теперь нам нужно переосмыслить, как мы моделируем потерю массы атмосферы – не просто как простой поток, а с помощью трехмерной геометрии, взаимодействующей со звездой. Это очень важно для понимания того, как развиваются планеты и могут ли газовые планеты-гиганты превратиться в голые камни».

Исследование было опубликовано в Nature Communications.