Ученые узнали больше о том, в каких экстремальных условиях каменные планеты, называемые «дезинтегрирующими планетами», разрушаются из-за сильного тепла звезд.
Результаты исследований двух групп астрономов из Пенсильванского государственного университета и Массачусетского технологического института раскрывают скорость разрушения планет под воздействием высокой температуры звёзд.
Космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» и спутник TESS исследовали космос в поисках транзитов — периодических изменений в свете, испускаемом звездами. Полагают, что одной из причин таких «провалов» является наличие планет, орбиты которых иногда находятся между Землей и звездой-хозяином.
Исследование разрушающихся планет с помощью телескопа Вебба.
Образовавшиеся вследствие падения света явления обычно симметричны и повторяются каждые несколько недель или месяцев при завершении планетой орбиты. В отдельных случаях, когда планеты вращаются очень близко к звёздам-хозяевам, их орбита может замыкаться всего за несколько часов. Такие редкие планеты называют ультракороткопериодическими планетами (USP).
Команда из Пенсильванского университета намерена изучить редкую подкатегорию USP, известную как распадающиеся планеты, с помощью мощного космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб». Эти планеты отличаются малым размером и недостаточной гравитацией для удержания материала на поверхности, который быстро испаряется из-за высокой температуры.
Непостоянные и меняющиеся транзитные сигналы возникают из-за постоянно исчезающего материала на поверхности распадающихся планет. Астрономы регистрируют пылевые хвосты, образованные этими планетами, что делает их визуально похожими на кометы: испаряющийся материал уходит в космос позади них по мере прохождения орбиты вокруг звезды-хозяина.
Противоречиво, ведь астрономы не могут напрямую изучать соседние планеты, например Меркурий и Венеру, а у нас имеются только весьма скудные сведения о земной мантии. Мы обнаружили планеты, расположенные на расстоянии сотен световых лет, выбрасывающие в космос свой внутренний состав для анализа нашими спектрографами. — Это замечательная и удачная возможность понять внутренности планет, — сказал Джейсон Райт, профессор астрономии и астрофизики в Penn State и соавтор одного из новых исследований.
Девятичасовая орбита экзопланеты K2-22
Команда Пенсильванского университета сосредоточила внимание на K2-22 — звезде, обнаруженной космическим аппаратом «Кеплер» в рамках расширенной миссии. Вокруг звезды вращается K2-22b, совершая полный оборот за чуть более девяти часов. Из-за близости к звезде температура поверхности K2-22b, по предположениям, достигает около 2100 К, что провоцирует испарение большей части каменного и металлического материала поверхности, вырываемого в космос при движении по орбите.
Некоторые астрономы считают, что разрушение нескольких планет могло привести к такому объёму выброшенного материала, что от их железных сердец практически ничего не осталось.
По мнению Райта, некоторые планеты-кандидаты, исследованные его группой, могли бы хранить фрагменты мантии или, быть может, части испарившейся коры.
«Среднего инфракрасного спектрографа JWST MIRI идеально подходили для проверки. », — сказал Райт, — «пПоскольку материалы коры, силикатной мантии и железного ядра по-разному пропустят свет, JWST сможет отличить их спектроскопически. ».
Команда начала наблюдения за планетой поздно, когда ее хвост, напоминающий комету, был недостаточно плотным для легкой видимости. Это привело к изучению хвоста с более слабым спектром, что усложняло получение информации.
По fortuna, наблюдаемые спектры соответствовали предыдущим наблюдениям, показывающим, что испаряющийся материал разрушающихся планет состоит из силикатов, которые, скорее всего, образуются в мантии этих небесных тел.
В собранных данных команда нашла неожиданные узкие особенности в областях 4,5 и 5,1 микрона, которых не предсказывали первоначальные модели. Полагают, что эти отклонения связаны с диоксидом углерода и оксидом азота, которые также характерны для ледяных космических объектов — комет, а не большинства планет.
Команда рассчитывает, что новый метод даст возможность другим астрономам проводить аналогичные наблюдения с помощью JWST для более глубокого изучения моделей этого необычного космического объекта.
Космический аппарат для изучения проходящих мимо звезд экзопланет.
Новые открытия, сделанные благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб», не единственные, расширяющие наши знания о загадочных объектах. Вместе с исследованиями Пенсильванского университета специалисты Массачусетского технологического института сообщили об обнаружении новой распадающейся планеты спутником TESS.
Открытие TESS произошло во время наблюдения за звездой BD+05 4868 A. На орбите звезды был обнаружен объект, похожий на комету. Марк Хон, постдокторант научного отдела TESS Массачусетского технологического института, сообщил, что объект имеет «наиболее заметные пылевые хвосты».
Хон, руководивший исследованиями команды Массачусетского технологического института, заявил, что та планета, которая стремительно испаряется, образует «гигантские» пыльные хвосты. Длина его приблизительно девять миллионов километров, вокруг звезды этот объект совершает полный виток за тридцать полтора часа. », — сказал Хон.
Увеличение времени прохождения планеты перед звездой (около 15 часов) позволило наблюдать её массивные пылевые шлейфы. Глубина затмения превысила 1% света звезды. Такой эффект частично объясняется двумя пылевыми шлейфами, исходящими от планеты, которые, вероятно, образовались из пылевого материала, оставшегося на орбите.
В Массачусетском технологическом институте полагают, что при нынешних темпах распада Земля, вероятно, теряет по одной луне материала каждый миллион лет или около того, вследствие чего планета полностью исчезнет где-то в ближайшие два миллиона лет.
«Испарение планеты происходит с катастрофической скоростью. », — сказал Хон, — «Нам очень повезло, что дожили до последнего мгновения существования этой угасающей планеты. Хон подчеркнул, что из-за самой яркой звезды-хозяина среди известных распадающихся планет BD+05 4868 Ab наблюдения команды позволят установить новые стандарты для будущих исследований этих таинственных исчезнувших планет.
Обе команды предложили использовать космический телескоп «Джеймс Уэбб» для дальнейших исследований BD+05 4868 A с целью получения информации, подобной той, что получила команда Пенсильванского университета по K2-22.
Результаты исследований группы из Пенсильванского университета и Массачусетского технологического института продемонстрированы на 2025-м съезде Американского астрономического общества.