Исследователи, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, обнаружили самые убедительные на сегодняшний день доказательства существования атмосферы на каменистой планете за пределами нашей Солнечной системы.

Наблюдения за сверхгорячей суперземлей TOI-561 b позволяют предположить, что экзопланета окружена плотным слоем газов над глобальным магматическим океаном .

В статье , опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters, исследователи заявляют, что полученные результаты помогают объяснить необычно низкую плотность планеты и опровергают распространенное мнение о том, что относительно небольшие планеты, расположенные так близко к своим звездам, не могут поддерживать атмосферу.

Имея радиус в 1,4 раза больше земного и период обращения менее 11 часов, TOI-561 b относится к редкому классу объектов, известных как экзопланеты со сверхкоротким периодом обращения .

Хотя звезда-хозяин лишь немного меньше и холоднее Солнца, TOI-561 b вращается так близко к звезде — менее чем в миллион миль, или на расстоянии одной сороковой части расстояния между Меркурием и Солнцем, — что она должна быть в приливном захвате, и температура её постоянной дневной стороны значительно превышает температуру плавления типичных горных пород.

Атмосферные данные и состав планет

Соавтор исследования, доктор Анджали Пиетт из Бирмингемского университета, сказала: «Нам действительно нужна плотная, богатая летучими веществами атмосфера, чтобы объяснить все наблюдения. Сильные ветры охлаждали бы дневную сторону, перенося тепло на ночную».

«Такие газы, как водяной пар, поглощают часть волн ближнего инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью, прежде чем они достигнут атмосферы. Планета будет выглядеть холоднее, потому что телескоп регистрирует меньше света, но также возможно, что существуют яркие силикатные облака, которые охлаждают атмосферу, отражая свет звёзд».

Одно из объяснений низкой плотности планеты, которое рассматривала команда исследователей, заключалось в том, что она может иметь относительно небольшое железное ядро ​​и мантию, состоящую из породы, которая не так плотна, как порода на Земле.

Ведущий автор исследования, научный сотрудник Лаборатории изучения Земли и планет Карнеги-колледжа, Йоханна Теске, сказала: «Что действительно отличает эту планету, так это ее аномально низкая плотность. Она менее плотная, чем можно было бы ожидать, если бы имела состав, подобный земному».

«TOI-561 b отличается от других планет с ультракороткими периодами обращения тем, что вращается вокруг очень старой, бедной железом звезды — вдвое старше нашего Солнца — в области Млечного пути, известной как толстый диск. Она, должно быть, образовалась в совершенно иной химической среде, чем планеты нашей Солнечной системы».

Состав планеты может быть характерен для планет, сформировавшихся в период относительной молодости Вселенной.

Проверка наличия атмосферы с помощью прибора Уэбба

Команда также предположила, что TOI-561 b может быть окружена плотной атмосферой, из-за которой она кажется больше, чем есть на самом деле. Хотя небольшие планеты, которые миллиарды лет находились под палящим звездным излучением, обычно не имеют атмосферы, некоторые из них демонстрируют признаки того, что они представляют собой не просто голую скалу или лаву.

Используя спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) телескопа Webb для измерения температуры дневной стороны планеты на основе ее яркости в ближнем инфракрасном диапазоне, исследователи проверили гипотезу о наличии атмосферы у TOI-561 b.

Этот метод заключается в измерении уменьшения яркости системы звезда-планета по мере того, как планета смещается за звезду. Он аналогичен тому, который используется для поиска атмосфер в системе TRAPPIST-1 и на других каменистых мирах.

Если TOI-561 b — это голая скала без атмосферы, которая бы переносила тепло на ночную сторону, то температура на её дневной стороне должна приближаться к 4900 градусам по Фаренгейту (2700 градусам по Цельсию). Но наблюдения NIRSpec показывают, что температура на дневной стороне планеты, по-видимому, ближе к 3200 градусам по Фаренгейту (1800 градусам по Цельсию) — всё ещё чрезвычайно горячо, но гораздо холоднее, чем ожидалось.

Возможные объяснения и направления дальнейших исследований

Для объяснения полученных результатов команда рассмотрела несколько различных сценариев. Магматический океан мог передавать некоторое количество тепла, но без атмосферы ночная сторона была бы твердой, что ограничивало бы поток от дневной стороны.

Возможно также существование тонкого слоя паров горных пород на поверхности магматического океана, но сам по себе он оказывал бы гораздо меньший охлаждающий эффект, чем наблюдаемый.

Хотя наблюдения телескопа Webb предоставляют убедительные доказательства существования такой атмосферы, остается вопрос: как небольшая планета, подверженная столь интенсивному излучению, может вообще сохранить какую-либо атмосферу, не говоря уже о столь существенной?

Соавтор исследования Тим Лихтенберг из Университета Гронингена (Нидерланды) сказал: «Мы считаем, что существует равновесие между магматическим океаном и атмосферой. В то время как газы выходят из планеты, питая атмосферу, магматический океан всасывает их обратно во внутренние слои. Эта планета должна быть гораздо, гораздо богаче летучими веществами, чем Земля, чтобы объяснить наблюдаемые явления. Она действительно похожа на влажный лавовый шар».

Это первые результаты программы 3860 программы общих наблюдателей телескопа Вебба, в рамках которой система непрерывно наблюдалась более 37 часов, пока TOI-561 b совершила почти четыре полных оборота вокруг звезды.

Команда анализирует весь набор данных, чтобы составить карту температур по всей планете и уточнить состав атмосферы.