Экзопланета WASP-121b — один из самых необычных миров, известных учёным. Эта экзопланета расположена так близко к своей звезде, что получает от неё колоссальное количество излучения, нагревая атмосферу. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» помог астрономам узнать о формировании WASP-121b и месте её возникновения в протопланетном диске. Выводы сделаны на основе обнаружения нескольких ключевых молекул в её атмосфере.
В 2015 году международная команда астрономов использовала данные двух роботизированных обсерваторий: SuperWASP-North на Канарских островах и SuperWASP-South в Южной Африке. объявила об открытии экзопланеты WASP-121bЖелто-белый карлик окружён объектом, который вращается вокруг него. WASP-121 в 850 световых лет от Земли.
WASP-121b — это ультрагорячий Юпитер, класс газовых гигантов, находящихся очень близко к своим звездам. Новая экзопланета почти живёт на границе… полости РошаВ связи с этим планета может быть уничтожена tidal forces главной звезды очень скоро.
Экзопланета совершает полный оборот вокруг своей звезды за 30,5 часов. Мир находится в приливном захвате и всегда повернут к звезде одной стороной. На дневной стороне температура достигает трех тысяч градусов Цельсия, а на ночной — почти 1,5 тысячи.
Экстремальные условия превращают атмосферу WASP-121b в уникальную химическую лабораторию. Высокая температура на дневной стороне испаряет даже самые тугоплавкие металлы, обычно твердые соединения, устойчивые к сильному нагреву, что позволяет изучить их состав в газообразном виде.
Ранее у WASP-121b астрономы открыли Первую известную стратосферу с водяным паром обнаружили недавно. Для понимания истории формирования экзопланеты, ее химической эволюции и динамики атмосферы необходимы дополнительные сведения. Космический телескоп предоставил такие данные. «Джеймс Уэбб» Это один из самых сильных инструментов, доступных для исследования отдаленных планет.
Команда астрономов из разных стран, возглавляемая Томасом Эванс-Сомой, Thomas Evans-SomaУченые из Института астрономии Макса Планка в Германии изучили атмосферу экзопланеты WASP-121b с помощью космической обсерватории. В ходе исследования исследователи подтвердили наличие известных химических веществ и впервые обнаружили метан. CH4) и монооксид кремния (SiOЭто открытие позволило лучше понять, откуда взялась планета WASP-121b и как она развивалась в прошлом.
Эванс-Сом и соавторы в работе применили инструмент «Джеймса Уэбба». NIRSpec Ученые наблюдали WASP-121b в течение всего ее орбитального периода (30,5 часа) и во время транзита — прохождения перед диском светила. Это позволило зафиксировать тепловое излучение с дневной и ночной стороны экзопланеты, а также проанализировать свет звезды, пройдящий через атмосферу во время транзита.
Исследование показало отчетливые спектральные признаки четырех важных молекул: водяного пара, H2O), монооксида углерода (CO), монооксида кремния (SiO) и метана (CH4Ученые также выяснили соотношение углерода, кислорода и кремния в атмосфере.
Соотношение углерода и кислорода стало первым важным ключом к истории планеты. Оно оказалось заметно выше, чем в атмосфере родительской звезды, что указывает на то, что WASP-121b сформировалась не на нынешнем месте.
Ученые пришли к выводуЭкзопланета получила основной объём газа в области протопланетного диска с более низкой температурой.
В нашей Солнечной системе подобные условия существуют между орбитами Юпитера и Урана — в царстве газовых и ледяных гигантов. Это означает, что WASP-121b родилась далеко от своей звезды, в холодных окраинах системы. Но затем что-то заставило ее мигрировать к светилу, где она сейчас находится. В результате долгого и драматичного путешествия WASP-121b оказалась в «адской ловушке».
Важное дополнение к картине формирования экзопланет вне Солнечной системы дало открытие монооксида кремния. SiOИсследователи считают, что кремний появился на экзопланете из-за твердых тел — каменных планезималей, состоящих из кварца. SiO2ВASP-121b притягивала его гравитацией в поздний период своего развития, после того как накопила большую часть газового состава.
Ученые восстановили картину формирования WASP-121b. По их мнению, планета начала складываться из ледяных частиц пыли, слипшихся в гальку размером от сантиметра до метра. Эта галька притягивала окружающий газ и мелкие частицы, что ускоряло ее рост. Двигаясь в газопылевом диске, материал испытывал сопротивление и постепенно «сползал» к звезде. В более теплых внутренних областях лед на гальке испарялся. Когда зародыш WASP-121b достиг достаточных размеров, он создал разрыв в диске. Этот разрыв остановил поток гальки из внешних областей.
Раздвоение произошло там, где испарялась метансодержащая галька, но еще не испарилась водяная галька. Планета продолжала притягивать окружающий углеродсодержащий газ от испарившегося метанового льда, а поток кислородосодержащей гальки прекратился. Образуется высокая концентрация углерода по отношению к кислороду, которую зафиксировал «Джеймс Уэбб» в атмосфере WASP-121b.
При температуре три тысячи градусов на дневной стороне метан нестабилен и быстро разрушается, мгновенно распадаясь на углерод и водород. Теоретические модели предполагали постоянный переток горячего газа с продуктами разрушения метана на ночную сторону, где температура значительно ниже. Этот процесс, по прогнозам, происходил быстрее, чем образование нового метана из «обломков» на ночной стороне, что должно было привести к его крайне малым количествам там. Однако «Джеймс Уэбб» показал обратное — количество этого газа на ночной стороне оказалось большим.
Ученые объяснили этот парадокс одним способом: на ночной стороне дуют сильные вертикальные ветры. Ветры поднимают метан из глубоких слоев атмосферы, богатых метаном, вверх, где его зафиксировал космический телескоп. Скорость восходящих потоков должна быть настолько высока, что они постоянно пополняют запасы метана, несмотря на процессы разрушения или образования метана в недостаточном количестве.
Во время транзита космический телескоп NASA, анализируя свет звезды сквозь зону смешения потоков с дневной и ночной сторон, не обнаружил метана.
Открытие команды Эванса-Сомы ставит под сомнение современные модели динамики атмосфер экзопланет. Модели предстоит существенно доработать для объяснения такого мощного вертикального перемешивания, обнаруженного на ночной стороне WASP-121b.
Научная работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
