Гигантскую планету всерьёз лихорадит

В истории рентгеновской астрономии открыта новая глава: впервые в икс-лучах удалось наблюдать транзит экзопланеты.

Прохождение планеты перед диском её звезды — ключевой метод открытия экзопланет, широко применявшийся тем же «Кеплером». Однако до сих пор наблюдать такое событие в рентгеновском диапазоне не удавалось. Выгодное расположение планеты и её родительской звезды в двойной системе HD 189733, что в 63 световых годах от Земли, позволило впервые добиться такого результата на практике.

Транзит «горячего Юпитера» HD 189733b перед диском оранжевого карлика HD 189733 А в представлении художника. Более скромная по детализации реальная картина, представшая нашим космическим телескопам, показана в углу. (Здесь и ниже иллюстрации NASA / JPL-Caltech.)

Работы велись европейским космическим рентгеновским телескопом XMM Newton и его американским коллегой «Чандра». «Тысячи кандидатов в планеты наблюдались в процессе транзита через диск их звезды в оптическом диапазоне, — рассказывает возглавлявшая исследование Катя Поппенхагер (Katja Poppenhaeger) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США). — То, что мы наконец-то можем изучать одно из таких тел в рентгеновских лучах, очень важно, поскольку открывает новую информацию об экзопланете».

Что же удалось узнать? «Горячий Юпитер» HD 189733b, что в 1,14 раза больше нашего собственного Юпитера, находится в тридцать раз ближе к своей звезде — оранжевому карлику HD 189733 А, чем Земля к Солнцу, и один оборот вокруг светила у него занимает 2,2 дня. Благодаря этой близости и тому, что изо всех известных именно этот «горячий Юпитер» менее всего удалён от Земли, его и удалось зарегистрировать в икс-лучах.

Сравнение транзита в оптическом и рентгеновском диапазонах позволило выявить, что в последнем затемнение диска звезды планетой оказалось втрое сильнее (2,4% против 6,0–8,0%), чем в видимом. Как предполагают исследователи, это значит, что самые верхние слои атмосферы газового гиганта прозрачны для видимого света, но непроходимы для рентгена. Очевидно, это следствие ионизации верхних слоёв атмосферы, фактически представляющих собой разряжённую плазму, которая блокирует распространение рентгеновских лучей.

Такое состояние никак нельзя назвать нормальным, но в условиях, когда близкое светило с мощным магнитным полем нагревает атмосферу планеты до тысяч градусов, избежать сильнейшей ионизации её верхних слоёв невозможно: экзопланета активно теряет атмосферу (от 100 до 600 тысяч тонн в секунду), хотя с учётом её гигантской массы процесс этот вряд ли успеет завершиться за время жизни звезды.

Чем сильнее нагрев расширяет атмосферу газового гиганта, тем больше излучения (в силу роста диаметра) она поглощает, что приводит к образованию положительной обратной связи.

А вот и другая любопытная особенность наблюдений: рентгеновское изучение от самой звезды HD 189733 A, на 20% уступающей по массе нашему Солнцу, показало, что она значительно более активна, чем её звёздный компаньон красный карлик HD 189733 B. Астрономы приписывают этот факт наличию «горячего Юпитера» у первой звезды двойной системы и отсутствию у второй: гигантская планета вблизи от светила не даёт ему по мере старения замедлять своё вращение так же быстро, как обычной звезде. Из-за этого магнитная активность светила падает не столь сильно, и рентгеновское излучение тоже ослабевает со временем не очень существенно.

Отчёт об исследовании будет опубликован в издании Astrophysical Journal, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам НАСА.