«Джеймс Уэбб» приблизил учёных к разгадке тайны пухлой экзопланеты с плотностью хлопка

Из более чем 5000 экзопланет учёные открыли единицы объектов с крайне низкой плотностью, которые стали называть пухлыми планетами (puffy planet). Загадку одной из таких планет, похоже, помог разгадать космический телескоп им. Джеймса Уэбба. Вчера в журнале Nature одновременно вышли две статьи, которые объясняют, как могла образоваться планета с плотностью хлопка.

Художественное представление экзопланеты WASP-107b. Источник изображения: NASA

«Данные "Уэбба" говорят нам, что планеты, подобные WASP-107b, не должны были формироваться каким-то странным образом со сверхмалым ядром и огромной газовой оболочкой, — пояснил Майкл Лайн (Michael Line), экзопланетолог из Университета штата Аризона. — Вместо этого мы можем взять что-то более похожее на Нептун, с большим количеством камня и не таким большим количеством газа, просто увеличить температуру и это придаст ему тот вид, который мы наблюдаем [в случае WASP-107b]».

Экзопланета WASP-107b была обнаружена в 2017 году у звезды на удалении 200 световых лет в созвездии Девы. Размеры WASP-107b примерно соответствуют размерам Юпитера, но её масса составляет всего 12 % от массы этого газового гиганта. Это делает экзопланету такой же пухлой, как разогретый в микроволновке зефир. Исходя из этих данных, экзопланета WASP-107b должна обладать экстремально небольшим каменистым ядром.

Наблюдения показали, что атмосфера экзопланеты раздута сильнее, чем показывает моделирование. Хотя планета вращается очень близко к своей звезде (на расстоянии примерно равном 1/7 от Меркурия до Солнца), энергии звезды не хватило бы, чтобы нагреть и раздуть атмосферу экзопланеты до фиксируемых размеров. Будь ядро у экзопланеты больше, за время её существования атмосфера бы стала меньше за счёт остывания, но этого тоже нет.

Больше ясности внёс космический телескоп «Уэбб», который дополнил предыдущие наблюдения «Хаббла» и одно прежнее собственное наблюдение. В спектре атмосферы экзопланеты учёные не обнаружили метан, хотя другие углеродсодержащие газы легко и обильно в ней распознавались. Это заставило сделать предположение, что ядро экзопланеты нагрето намного сильнее ожидаемого. Если это так, тот метан ещё в ядре планеты распадается на монооксид углерода и углекислый газ. Но откуда же берётся избыточное тепло, если энергии звезды недостаточно для нагрева?

Как заявляют учёные, экзопланета WASP-107b вращается вокруг своей звезды по вытянутой орбите. Благодаря этому недра экзопланеты подвергаются приливной деформации. Именно эти процессы дают избыточное тепло, которое сильнее разогревает газы в ядре и нижние слои атмосферы. Внизу метан быстро распадается, а интенсивное перемешивание газа в атмосфере вымывает метан также из верхних её слоёв. Тем самым учёные объяснили сразу две загадки экзопланеты, почему она такая рыхлая и почему в её атмосфере нет метана. А ещё на этой экзопланете идут дожди из песка. Но это уже другая история.