У гигантской экзопланеты обнаружился хвост из гелия

Астрономы обнаружили у известной планеты-гиганта впечатляющий хвост из улетучивающейся атмосферы. Возможно, открытие поможет понять механизмы образования землеподобных миров.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Science группой во главе с Лизой Нортманн (Lisa Nortmann) из Канарского института астрофизики.

Авторы использовали спектрограф CARMENES, установленный на 3,5-метровом телескопе Обсерватории Калар-Альто в Испании. Основное предназначение этого инструмента – поиск землеподобных планет в зоне обитаемости красных карликов. Однако в этот раз исследователи применили его для другой задачи. Их интересовал гелий, который встречается в атмосферах экзопланет.

Гелий – второй по распространённости после водорода элемент во Вселенной. Он в большом количестве имеется в составе звёзд и таких планет, как Юпитер и Сатурн. Естественно предположить, что и на экзопланетах-гигантах он будет встречаться часто. Тем не менее этот элемент в атмосферах далёких миров обнаружили совсем недавно.

Авторы "обследовали" пять известных тел, и о четырёх из них "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали.

Во-первых, это HD 189733b, мир, известный невероятно сильными ветрами и силикатным снегом.

Во-вторых, это HD 209458b — одна из первых экзопланет, напрямую наблюдавшихся в телескопы (между прочим, именно на ней российские учёные опробовали свой способ измерения магнитного поля далёких планет).

Кроме того, это "пылающий ад" KELT-9b, в атмосфере которого на атомы распадаются даже титан и железо.

Четвёртой в списке стала WASP-69b. Именно она и оказалась "хвостатой", о чём мы сейчас расскажем подробнее. Добавим, что все перечисленные миры относятся к горячим юпитерам.

Компанию им составляет тёплый нептун GJ 436b, также имеющий хвост, но из водорода.

Планеты наблюдались во время транзита (прохода мира между родительской звездой и земным наблюдателем, то есть своеобразного затмения). Лучи светила в этом случае просвечивали атмосферу далёкого мира, и содержащиеся в ней газы поглощали излучение на определённых длинах волн. По спектру поглощения учёные определяют, какие вещества присутствуют в атмосфере далёких миров. В данном случае авторов интересовала отметка в 1083 нанометра (ближний инфракрасный диапазон), или линия поглощения гелия.

Вопреки прогнозам экспертов, "солнечный газ" обнаружился только в атмосфере планет HD 189733b и WASP-69b. Последняя особенно впечатлила специалистов.

"Мы наблюдали сильное и продолжительное затемнение звёздного света в области спектра, где газ гелий поглощает свет, – рассказываетНортманн. – Необычно большая продолжительность этого поглощения позволяет нам сделать вывод о наличии хвоста".

Речь идёт об облаке гелия, вытянутом в направлении "от звезды". Судя по всему, ультрафиолетовое излучение местного солнца разогревает газ и заставляет его покидать атмосферу планеты. Скорость частиц при этом должна достигать нескольких километров в секунду. Эти цифры полностью подтверждается наблюдениями.

Отметим, что ранее утечка атмосферы с экзопланет изучалась в основном с помощью линии поглощения водорода Лайман-альфа, лежащей в ультрафиолетовом диапазоне. Такое излучение можно наблюдать только в орбитальные телескопы. Теперь авторы продемонстрировали, что гелий также является перспективным индикатором такого процесса.

Кроме того, команда использовала данные космической рентгеновской обсерватории XMM-Newton, чтобы исследовать родительские звёзды своих "подопечных". Выяснилось, что две планеты, в атмосферах которых обнаружился гелий, получают наибольшее количество рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения от своих светил. Астрономы пока не готовы с уверенностью назвать причину такого явления.

"Это первый большой шаг к выяснению того, как эволюционируют атмосферы экзопланет с течением времени. И это может повлиять на [наши оценки] распределения масс и радиусов популяции суперземель и мининептунов", заявляет соавтор работы Энрик Палье (Enric Palle), также из Канарского института астрофизики.

Поясним, что исследователь имеет в виду один из гипотетических механизмов образования небольших, в том числе землеподобных, планет. Согласно этой версии, миры, очень близкие к своей звезде, являются ядрами планет-гигантов, газ которых улетучился под действием излучения светила.

К слову, в похожей технике "производства земплеподобных планет" астрономы ранее заподозрили центральную чёрную дыру Млечного Пути.