Экзопланета, атмосфера которого состоит из углерода
Наука развивается благодаря данным, которые не соответствуют нашим современным представлениям. По крайней мере, такова теория Томаса Куна в его знаменитой работе "Структура научных революций". Поэтому ученые должны приветствовать новые данные, которые бросают вызов их пониманию того, как устроена Вселенная.
В недавней статье, доступной на сервере препринтов arXiv, с использованием данных космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), возможно, только что были найдены некоторые данные, которые могут это сделать. Он наблюдал за экзопланетой, вращающейся вокруг миллисекундного пульсара, и обнаружил, что ее атмосфера состоит почти полностью из чистого углерода.
Этот тип пульсара, PSR J2322-2650, известен как система "черная вдова", поскольку он генерирует свои высокоэнергетические вспышки, воруя материал у соседней звезды. В этом случае эта соседняя звезда, вероятно, превратилась в планету-компаньона "горячего Юпитера", которая обращается вокруг своей родительской нейтронной звезды каждые 7,8 часа.
Типичный процесс образования "черной вдовы" состоит из двух этапов: на первом нейтронная звезда (которая в данном случае также является пульсаром) крадет материал, а на втором этапе она испускает высокоэнергетическое гамма—излучение на свою спутницу, срывая большую часть внешних слоев звезды-компаньона и приводя к образованию Экзопланета размером с Юпитер, состоящая в основном из гелия.
Экзопланета вокруг PSR J2322-2650, известная как PSR J2322-2650b, действительно соответствует описанию планеты размером с Юпитер, которая, по-видимому, имеет ту же плотность, что и ожидалось бы, если бы она состояла в основном из гелия. Однако ее атмосфера не похожа ни на один из когда-либо виденных спутников черной вдовы. Согласно спектрографическим отчетам JWST, ее атмосфера состоит в основном из элементарного углерода в форме триуглерода (C3) или дикарбона (C2).
Обычно такие элементы находят в хвостах комет или в пламени, которое горит здесь, на Земле. Их присутствие в атмосфере планеты, особенно в таких больших количествах, является новым для науки.
Еще одна интересная особенность атмосферы планеты - разница между дневной и ночной сторонами. На дневной стороне, которая всегда обращена к пульсару, поскольку планета находится в зоне приливов, температура может достигать более 2000С, и наблюдаются очень четкие химические признаки. Однако на ночной стороне почти не было видно никаких особенностей, что наводит на мысль о том, что эта сторона планеты покрыта сажей или чем-то подобным, что не имеет каких-либо отчетливых особенностей.
Чтобы еще раз доказать, насколько необычна атмосфера этой планеты, исследователи рассчитали соотношение между углеродом и кислородом, а также углеродом и азотом. Соотношение C/O составило более 100, в то время как соотношение C/N составило более 10 000. Для сравнения, на Земле соотношение C/O составляет 0,01, а C/N - 40. Очевидно, что на этой планете много углерода.
И это не очень хорошо согласуется с моделями того, как, по мнению ученых, должна была сформироваться планета. В рамках процесса "черной вдовы" внешние слои планеты должны были быть либо поглощены звездой-компаньоном, либо сожжены излучением этой звезды. Тот факт, что такая богатая углеродом атмосфера все еще существует, остается загадкой. Существуют процессы, которые могут создать такую атмосферу, например, слияние двух "углеродных звезд" с белым карликом, но даже это не объясняет, как соотношение углерода и воды на планете стало таким высоким.
Однако другие аспекты планеты согласуются с общей теорией. Модели циркуляции предсказывают, что на быстро вращающихся планетах, таких как PSR J2322-2650b, будут дуть сильные западные ветры, которые отличаются от типичных восточных ветров на других горячих юпитерах, связанных с приливами. Данные JWST показывают, что самая жаркая часть планеты находится примерно в 12 градусах к западу от центра, что является первым в истории наблюдательным свидетельством этого феномена западного ветра.
Другими словами, модель PSR J2322-2650b отличается противоречивостью. Она имеет правильный размер и форму для типичной системы black widow pulsar. Система циркуляции воздуха также хорошо сочетается с нашими лучшими моделями. Но его атмосфера - это нечто совершенно иное, и ученым придется вернуться к теории, чтобы попытаться найти способ придать ей смысл с помощью новых данных. Пока они заняты этим, JWST продолжит сканирование неба в поисках новых аномалий, которые могли бы привести к следующей научной революции.
