28.01.2025. - Скалистые планеты распадаются от сильного жара звезд

Скалистые планеты распадаются от сильного жара звезд

На собрании Американского астрономического общества, которое состоится в 2025 году, две команды астрономов из Пенсильванского государственного университета и Массачусетского технологического института независимо друг от друга объявили о новых открытиях, касающихся экстремальной формы разрушения планет: по—видимому, скалистые планеты распадаются под воздействием сильного жара, исходящего от их звезд—хозяев.

Команда из Пенсильванского университета представила новые результаты измерений внутреннего состава скалистой планеты с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), в то время как команда Массачусетского технологического института представила открытие ближайшей и наиболее быстро распадающейся планеты на сегодняшний день с помощью спутника Transiting Exoplanet Survey (TESS). Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.

Обе космические обсерватории наблюдали за тысячами звезд в поисках крошечных периодических провалов света — так называемых транзитов — из-за обращения планет по орбитам, которые случайно проходят между Землей и Солнцем. Обычно эти провалы симметричны и происходят каждые несколько недель или месяцев — каждый раз, когда планета обращается вокруг своей звезды.

В редких случаях планеты обращаются вокруг своих звезд каждые несколько часов, потому что они находятся очень близко к своим звездам, что называется ультракороткопериодическими планетами или USP.

Распадающиеся планеты являются чрезвычайно редкой подкатегорией космических объектов — можно наблюдать только те, которые достаточно горячи, чтобы испарить их поверхность, и достаточно малы, чтобы не удерживать материал под действием силы тяжести. Этот материал покидает планету в результате динамичного, хаотичного процесса, который заставляет транзитный сигнал менять силу на каждой орбите. Не менее характерным является образование пылевого хвоста, очень напоминающего хвост кометы, когда пыль улетучивается в космос.

"Эти планеты буквально раскрывают перед нами свои возможности в космосе, и с помощью JWST у нас наконец-то есть возможность изучить их состав и увидеть, из чего на самом деле состоят планеты, вращающиеся вокруг других звезд", - сказал Ник Тусей, аспирант Пенсильванского университета, работающий в Центре изучения экзопланет и обитаемых миров. ведущий автор одного из исследований.

"Примечательно, что непосредственное измерение внутренней части планет Солнечной системы является настолько сложной задачей — у нас есть лишь ограниченные образцы мантии Земли и нет доступа к мантиям Меркурия, Венеры или Марса, — но здесь мы обнаружили планеты, находящиеся на расстоянии сотен световых лет, которые отправляют свои внутренности в Космос". пространство и подсвечивает их, чтобы мы могли изучать с помощью наших спектрографов", - сказал Джейсон Райт, профессор астрономии и астрофизики, соавтор исследования в Пенсильванском университете и научный руководитель Тусея.

"Это замечательная и случайная возможность понять внутреннее устройство планеты земной группы", - добавил он.

Команда университета Пенсильвании направила спектрограф JWST на K2-22, звезду, обнаруженную космическим аппаратом Kepler в рамках его расширенной миссии K2, к одной из таких испаряющихся планет, K2-22b. Эта планета совершает оборот вокруг своей оси каждые 9,1 часа, а температура ее поверхности составляет 2100 К — этого достаточно, чтобы не просто расплавить, но и испарить железо и горные породы в космическом вакууме.

"K2-22b имеет асимметричный профиль прохождения, поскольку перед звездой появляется пылевое облако выбросов планеты, что свидетельствует о наличии удлиненных хвостов, похожих на кометные", - сказал Тусай. Команда Тусея сравнила спектр звезды до и после прохождения по орбите со спектром во время события.

"Мы не знали, чего ожидать", - сказал Райт, который также был соавтором более раннего исследования о том, как использовать JWST для исследования этих экзопланетных хвостов. Некоторые астрономы ожидали, что эти планеты уже потеряли все свои внешние материалы и представляют собой просто железное ядро.

"Мы надеялись, что у них все еще могут быть свои покровы или, возможно, даже корковый материал, который испарялся. Спектрограф среднего инфракрасного диапазона MIRI от JWST был идеальным инструментом для проверки, поскольку материалы земной коры, силикатной мантии и железного ядра по-разному пропускают свет, который JWST может различать спектроскопически", - добавил Райт.

"К сожалению, мы не наблюдали планету, когда ее хвост был очень плотным, поэтому наш спектр оказался слабее и его было труднее интерпретировать, чем мы ожидали", - сказал Тусай.

Тем не менее, они обнаружили, что спектр в целом согласуется с идеей о том, что материал состоит из силикатного материала, например, мантии. Команда также обнаружила неожиданные узкие особенности на 4,5 и 5,1 мкм.

Этого не было ни в одной из первоначальных моделей команды, и, по—видимому, это согласуется с диоксидом углерода (CO2) и оксидом азота (NO) - двумя соединениями, которые обычно ассоциируются с ледяными телами, такими как кометы, а не с оболочками планет земной группы, таких как Земля или Меркурий. "На самом деле это был своего рода момент "кто-это-заказал?", - сказал Тусей.

Команда надеется, что теперь, когда они установили достоверность этого метода, они смогут в дальнейшем использовать JWST для проверки этих особенностей с более высокой степенью значимости и сбора данных, которые помогут теоретикам лучше смоделировать этот странный объект.

Исследования таких планет также значительно продвинулись вперед благодаря усилиям команды Массачусетского технологического института, которая объявила об открытии новой распадающейся планеты, обнаруженной TESS, вращающейся вокруг звезды BD+05 4868 A.

"Распадающаяся планета, вращающаяся вокруг BD+05 4868 A, имеет самые заметные пылевые хвосты на сегодняшний день", - сказал Марк Хон, научный сотрудник научного отдела Массачусетского технологического института TESS и руководитель исследования Массачусетского технологического института.

"Пылевые хвосты, исходящие от быстро испаряющейся планеты, огромны. Их длина составляет около 9 миллионов километров, и они описывают более половины оборота планеты вокруг звезды каждые 30 с половиной часов", - добавил он.

Протяженность пылевых хвостов от BD+05 4868 Ab определяется увеличенной продолжительностью прохождения, достигающей 15 часов, и значительной глубиной прохождения, которые блокируют более 1% излучаемого звездой света.

Как и у K2-22b, у BD+05 4868 Ab вместо одного кометоподобного хвоста два - один ведущий, а другой замыкающий по орбите планеты. Наличие двух характерных хвостов объясняется наличием частиц пыли разного размера, исходящих от планеты. Считается, что передний хвост содержит более крупные частицы пыли, сравнимые по размеру с песком пустыни, в то время как задний хвост в основном состоит из более мелких частиц, похожих по размеру на частицы сажи.

Основываясь на протяженности пылевых хвостов BD+ 05 4868 Ab, исследователи Массачусетского технологического института пришли к выводу, что планета, должно быть, быстро распадается со скоростью примерно лунного материала каждые миллион лет. Если принять, что масса BD+05 4868 Ab равна массе Луны, то планета полностью испарится в течение одного-двух миллионов лет, что по космическим меркам очень быстро.

"Скорость, с которой испаряется планета, является катастрофической, и нам невероятно повезло, что мы являемся свидетелями последних часов этой умирающей планеты", - сказал достопочтенный Джон.

"Что еще очень интересно в BD+05 4868 Ab, так это то, что у нее самая яркая звезда—хозяин среди других распадающихся планет - примерно в 100 раз ярче, чем у K2—22, что делает ее эталоном для будущих исследований распада таких систем", - сказал Ави Шпорер, научный сотрудник Массачусетского технологического института Институт астрофизики и космических исследований имени Кавли и соавтор проекта Массачусетского технологического института.

"До нашего исследования три другие известные распадающиеся планеты вращались вокруг слабых звезд, что затрудняло их изучение", - добавил он.

Две команды совместно представили предложение JWST по изучению BD+05 4868 A таким же образом, как и K2-22. "Качество данных, которое мы должны получить от BD+05 4868 A, будет превосходным", - сказал Шпорер. "Эти исследования доказали обоснованность такого подхода к пониманию внутренней структуры экзопланет и открыли двери для совершенно нового направления исследований с JWST".

Источник