Космический телескоп Джеймса Уэбба объясняет тайну взрыва экзопланеты

Пользовательская оценка: 5 / 5

Почему теплый газовый гигант WASP-107 b так сильно раздувается? У двух независимых исследовательских групп есть ответ. Данные, собранные космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА, а также предыдущие наблюдения космического телескопа Хаббла НАСА, показывают, что в атмосфере планеты мало метана (CH4). Это говорит о том, что внутренняя часть WASP-107 b должна быть значительно горячее, а ядро ​​намного больше, чем считалось ранее. Считается, что неожиданно высокая температура является результатом приливного нагрева, вызванного слегка некруглой орбитой планеты.

Это могло бы объяснить, как WASP-107 b мог быть настолько раздутым, не прибегая к крайним теориям о том, как он образовался. Открытия, ставшие возможными благодаря необычайной чувствительности Уэбба и связанной с ней способности измерять свет, проходящий через экзопланетные атмосферы, могут объяснить инфляцию десятков экзопланет с низкой плотностью и давнюю загадку экзопланетной науки, которую она помогает решить.

WASP-107 Проблема Б

Экзопланета «теплый Нептун» WASP-107 b, размер которой превышает три четверти Юпитера, но составляет менее одной десятой его массы, является одной из наименее массивных известных планет. Хотя планеты с выпуклостями не являются чем-то необычным, большинство из них более горячие и массивные, и поэтому их легче объяснить. «Основываясь на его радиусе, массе, возрасте и предполагаемой внутренней температуре, мы решили, что WASP-107 b имеет очень маленькое каменное ядро, окруженное огромной массой водорода и гелия», — объясняет Луис Уилбенкс из Университета штата Аризона (ASU). , ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в журнале Nature. «Но было трудно понять, как такое маленькое ядро ​​могло поглотить столько газа, а затем не превратиться в планету массой Юпитера».

Если бы WASP-107 b имела большую массу в ядре, ее атмосфера должна была бы сжаться по мере охлаждения планеты с течением времени. Без источника тепла для повторного расширения газа планета была бы намного меньше. Хотя WASP-107 b имеет орбитальное расстояние всего 5 миллионов километров (одна седьмая расстояния между Меркурием и Солнцем), он не получает достаточно энергии от своей звезды, чтобы настолько раздуться. «WASP-107 b — интересная цель для Уэбба, потому что она значительно холоднее и больше похожа на Нептун по массе, чем многие другие планеты с низкой плотностью, такие как горячие Юпитеры, которые мы изучали», — говорит Дэвид Сенге из Jones. Университет. Университет Хопкинса (JHU), ведущий автор параллельного исследования, также опубликованного сегодня в журнале Nature. «В результате мы сможем обнаруживать метан и другие молекулы, которые могут дать нам информацию о его химии и внутренней динамике, которую мы не можем получить с более горячей планеты».

Множество молекул, которые раньше невозможно было наблюдать

Большой радиус WASP-107 b, обширная атмосфера и орбита на краю планеты делают его идеальным для трансмиссионной спектроскопии — метода, используемого для идентификации различных газов в атмосфере экзопланеты на основе того, как они взаимодействуют со звездным светом. Объединив наблюдения с помощью Webb NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона), Webb MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона) и WFC3 Хаббла (широкоугольная камера 3), команда Веббанкса смогла собрать широкий диапазон света от 0,8 до 12,2 микрон. . Он поглощается атмосферой WASP-107 b. Используя NIRSpec Уэбба (спектрометр ближнего инфракрасного диапазона), команда Синга построила независимый спектр от 2,7 до 5,2 микрон. Точность данных позволяет не только обнаруживать, но и измерять количества большого количества молекул, включая водяной пар (H2O), метан (CH4), углекислый газ (CO2), оксид углерода (CO) и серу. . Диоксид (SO2) и аммиак (NH3).

Бурлящий газ, горячая внутренняя часть и массивное ядро.

Оба спектра показывают удивительную нехватку метана в атмосфере планеты WASP-107 b: тысячную долю от ожидаемого количества, исходя из предполагаемой температуры. «Это доказывает, что горячий газ глубоко внутри планеты должен сильно смешиваться с холодными слоями наверху», — объясняет Сингх. «Метан нестабилен при высоких температурах. Тот факт, что мы обнаружили так мало молекул углерода, хотя мы и обнаружили другие молекулы углерода, говорит нам о том, что внутри планеты должно быть намного горячее, чем мы думали». Вероятным источником дополнительной внутренней энергии WASP-107 b является приливное нагревание, создаваемое его слегка эллиптической орбитой. Поскольку расстояние между звездой и планетой постоянно меняется в течение ее 5,7-дневной орбиты, сила гравитации также меняется, заставляя планету расширяться и нагреваться.

Ранее исследователи предполагали, что причиной образования стенок WASP-107 b могла быть приливная жара, но до результатов Уэбба не было никаких доказательств. Как только они определили, что у планеты достаточно внутреннего тепла, чтобы полностью раздуть ее атмосферу, команда поняла, что спектры также могут предоставить новый способ оценить размер ядра. «Если мы знаем, сколько энергии содержится на планете, и знаем, какая часть планеты состоит из более тяжелых элементов, таких как углерод, азот, кислород и сера, и сколько водорода и гелия, мы можем вычислить, какая масса там должна быть». в ядре», — объясняет Дэниел Торнгрен из JHU.

Масса ядра оказывается как минимум в два раза больше первоначальной оценки, что имеет больше смысла, если учесть, как формируются планеты. В целом WASP-107 b не так уж и загадочна, как казалось когда-то. «Данные Уэбба говорят нам, что такие планеты, как WASP-107 b, не должны формироваться странным образом с очень маленьким ядром и массивной газовой оболочкой», — объясняет Майк Лайн из Университета штата Аризона. «Вместо этого мы могли бы взять что-то похожее на Нептун, с большим количеством камня и небольшим количеством газа, повысить температуру и сделать это таким».

Космический телескоп Джеймса Уэбба — ведущая в мире обсерватория космической науки. Уэбб разгадывает загадки нашей Солнечной системы, изучая далекие миры вокруг других звезд и исследуя загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и наше место в ней. Webb — это международная программа, возглавляемая НАСА совместно со своими партнерами ESA (Европейское космическое агентство) и CSA (Канадское космическое агентство).

источник: НАСА