Сент-Эндрюс, Великобритания. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил атмосферу у газового гиганта WD 1856 b, обращающегося вокруг белого карлика — компактного остатка звезды, похожей на Солнце. Это первое обнаружение атмосферы у планеты, проходящей транзитом перед белым карликом, сообщила ESA/Webb.
Результаты международной группы под руководством Райана Макдональда из Университета Сент-Эндрюса опубликованы 1 июля в рецензируемом журнале Nature. Спектр показал углеводороды, прежде всего метан, аэрозольные частицы и тепловое излучение ночной стороны планеты.
Планета больше своей звезды
WD 1856 b находится примерно в 80 световых годах от Земли. Её радиус составляет около 0,9 радиуса Юпитера, тогда как белый карлик WD 1856+534 сопоставим по размеру с Землёй. В результате планета примерно в семь раз шире звезды, вокруг которой обращается.
Один оборот занимает около 34 часов. Радиус орбиты — примерно 0,02 астрономической единицы, или менее 3 млн километров. На таком расстоянии планета не могла находиться до превращения звезды в белый карлик: расширившийся красный гигант должен был её поглотить.
Объект обнаружили в 2020 году телескопы TESS и Spitzer. До новых наблюдений оставалось неясно, является ли он планетой или более массивным коричневым карликом и каким образом оказался на столь тесной орбите.
Восемь минут, которые раскрыли атмосферу
Webb наблюдал систему 27 апреля 2023 года с помощью спектрографа NIRSpec в режиме PRISM. Вся серия продолжалась 1,98 часа, но сам касательный транзит занял только восемь минут: край огромной планеты частично перекрыл маленькую звезду.
Во время транзита часть света белого карлика прошла через верхние слои атмосферы WD 1856 b. Разные молекулы поглощают определённые длины волн, оставляя в спектре характерные полосы. Одновременно телескоп зарегистрировал инфракрасное излучение самой планеты.
Метан обнаружен, состав облаков пока неизвестен
Анализ диапазона 0,5–5 микрометров выявил несколько полос углеводородов. Авторы считают метан наиболее вероятным объяснением и оценивают его долю примерно в 7%. Они также получили сильные свидетельства присутствия аэрозолей — мелких частиц, образующих облака или дымку.
Химический состав этих частиц нынешние данные определить не позволяют. В модели присутствуют слабые признаки этана и фосфина, однако исследователи прямо отмечают, что их нельзя считать обнаружением. Это различие важно: атмосфера и метан подтверждены значительно увереннее, чем отдельные дополнительные молекулы.
Планета оказалась неожиданно горячей
Спектральный анализ ограничил массу WD 1856 b диапазоном 4,3–10,9 массы Юпитера и подтвердил планетарный статус объекта. Эффективная температура составила 390–412 кельвинов, то есть около 117–139 °C. Для сравнения, равновесная температура от одного только света белого карлика оценивается примерно в 160 кельвинов.
Избыток тепла нельзя объяснить современным приливным нагревом на почти круговой орбите. По мнению авторов, планета хранит остаточную энергию события, которое произошло значительно позже смерти звезды.
Как WD 1856 b пережила красного гиганта
Исследователи рассмотрели два основных сценария. Согласно первому, планета вошла в общую газовую оболочку умирающей звезды и выжила. Согласно второму, она первоначально оставалась на безопасной далёкой орбите, а затем перешла на сильно вытянутую траекторию под влиянием других объектов системы. Две удалённые звезды-компаньона могли участвовать в этом возмущении, но прямого доказательства их роли пока нет.
Модели остывания указывают, что повторный разогрев произошёл через 3–5,5 млрд лет после завершения стадии асимптотической ветви гигантов. Такой поздний срок несовместим с прохождением через общую оболочку во время смерти звезды и поддерживает сценарий поздней миграции с высоким эксцентриситетом. При сближении приливные силы белого карлика разогрели планету и постепенно сделали её орбиту круговой.
Вывод основан на обратном расчёте тепловой истории и доступных моделях охлаждения субзвёздных объектов. Авторы называют позднюю миграцию наиболее вероятным объяснением, но отмечают, что будущие модели должны одновременно воспроизвести температуру и радиус WD 1856 b.
Что это говорит о будущем Солнечной системы
Примерно через 5 млрд лет Солнце станет красным гигантом, а затем белым карликом. Меркурий и Венера будут уничтожены, судьба Земли остаётся неопределённой. Более далёкие газовые гиганты могут пережить этот этап, но позднее изменить орбиты из-за гравитационных взаимодействий.
WD 1856 b не является точной моделью будущего Юпитера, однако показывает, что крупная планета способна сохраниться после эволюции звезды и спустя миллиарды лет попасть на новую орбиту. Ранее Cifrum.kz рассказывал, как спутники Юпитера и Урана используются для восстановления ранней истории планет-гигантов.
Команда уже получила наблюдения ещё четырёх транзитов WD 1856 b. Они должны уточнить химический состав атмосферы и свойства облаков. Как подчёркивает Университет Сент-Эндрюса, нынешняя работа открывает новое направление изучения планетных систем после смерти их звёзд.
Источники: научная статья в Nature, ESA/Webb, NASA Science, Университет Сент-Эндрюса.
Главное изображение создано искусственным интеллектом для Cifrum.kz и является концептуальной редакционной иллюстрацией. Официальный спектр опубликован ESA/Webb по лицензии CC BY 4.0 с полным указанием авторства.
Комментарии к статье