Из обломков звезды зародился адский мир, которого не должно было существовать
Крошечные камешки, оставшиеся после формирования звезды, стали питательной средой для развития одного из самых странных и диких миров, которые когда-либо знало человечество. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Речь идет о знаменитой планете Тилос, или WASP-121b, газовом гиганте, находящемся на расстоянии около 880 световых лет от нас и настолько близком к своей звезде, что ее атмосфера заполнена облаками испаренного металла.
Недавние наблюдения проливают новый свет на один из самых детально изученных миров Млечного Пути. Исследователи установили, что он сформировался из пыли и обломков горных пород, вращавшихся вокруг молодой звезды в эпоху зарождения планетной системы.
В атмосфере экзопланеты астрономы при помощи телескопа Джеймса Уэбба (JWST) обнаружили не только воду, окись углерода и метан, но и окись кремния — явный признак облаков из испаряющейся породы.
«Относительное содержание углерода, кислорода и кремния позволяет понять, как сформировалась эта планета и как она приобрела свой материал», — объясняет автор исследования, астроном Томас Эванс-Сома из Университета Ньюкасла в Австралии.
Пылающий газовый гигант
Экзопланета Тайлос представляет собой газового гиганта, почти вдвое превышающего Юпитер по радиусу, но лишь немного обгоняющего его по массе. Она вращается вокруг звезды Дильмун — яркой, желтовато-белой, немного крупнее нашего Солнца. На своем плотном 30-часовом орбитальном круге Тайлос столь близка к светилу, что ее атмосфера буквально кипит и раздувается под невыносимым жаром.
Во время своего стремительного пути вокруг Дильмуна, Тайлос периодически оказывается между своей звездой и Землей — именно в такие моменты астрономы получают уникальную возможность для анализа. Свет, проходящий сквозь раздувшуюся атмосферу экзопланеты, искажается, взаимодействуя с молекулами, которые ее составляют. Ученые детально анализируют эти слабые сигналы, чтобы точно определить химический состав атмосферы.
Тайлос относится к категории так называемых «горячих Юпитеров» — это массивные газовые планеты, вращающиеся на необычайно близком расстоянии от своих звезд. Такая близость вызывает немало вопросов, ведь по существующим моделям формирования планет газ не может удерживаться так близко к светилу. Наиболее вероятно, что эти гиганты рождаются значительно дальше, а затем постепенно смещаются внутрь системы.
Одним из важнейших результатов наблюдений стало первое в истории обнаружение оксида кремния в атмосфере экзопланеты, которое было опубликовано в журнале Nature в 2022 году. Это очень сложная и редкая молекула для обнаружения. Но именно сочетание молекул в атмосфере Тайлоса помогло Эвансу-Соме и его команде выяснить место рождения экзопланеты.
Тайны формирования и перемещения
Звезды зарождаются внутри плотных скоплений молекулярного газа. По мере вращения материал выстраивается в диск, который наматывается на растущую звезду и питает ее. Когда формирующаяся звезда становится достаточно мощной, ее звездный ветер начинает отталкивать материал, прекращая дальнейшее накопление массы. Оставшийся в диске материал постепенно конденсируется: пыль и частицы льда слипаются, образуя зачатки будущих планет.
Ближе к звезде температура возрастает, и лед начинает испаряться, превращаясь в газ. Граница, за которой лед перестает существовать в твердом состоянии, называется снеговой или ледяной линией. Для разных веществ эта граница находится на разном удалении от звезды, в зависимости от точки сублимации конкретного льда.
Анализ молекулярного состава атмосферы экзопланеты Тайлос позволил ученым предположить, что она сформировалась далеко за пределами своей нынешней орбиты — в зоне, где метан существовал в виде газа, а лед сохранялся в замерзшем состоянии.
В нашей Солнечной системе аналогичная область располагается между орбитами Юпитера и Урана. Однако звезда Дильмун горячее Солнца, а значит, ее ледяная линия расположена дальше. Это указывает на то, что Тайлосу пришлось пройти значительное расстояние внутрь системы, чтобы оказаться так близко к звезде. Это одно из самых убедительных свидетельств в пользу гипотезы миграции горячих Юпитеров — гигантских планет, меняющих свое положение уже после формирования.
Но есть и другая загадка. Метан был обнаружен на ночной стороне экзопланеты, которая постоянно обращена в сторону от Дильмуна. Метан нестабилен при высоких температурах и не будет обнаружен на палящей дневной стороне. По мере того, как он движется на ночную сторону, ожидается, что он останется необнаружимым на той же высоте.
Таким образом, обильное изобилие метана в ночной атмосфере Тайлоса предполагает, что происходят некоторые интересные атмосферные процессы. Исследователи считают, что это вертикальное смешивание — сильные восходящие потоки, переносящие метан из глубины атмосферы в верхние слои, где его может обнаружить JWST.
«Это бросает вызов динамическим моделям экзопланет, которые, вероятно, придется адаптировать, чтобы воспроизвести сильное вертикальное перемешивание, обнаруженное нами на ночной стороне», — говорит Эванс-Сома.
