Специальное наблюдение за экзопланетой HAT-P-32b позволило оценить масштабы потерь газа её атмосферой. Они оказались колоссальными. Каждый год атмосфера планеты теряет около 33,8 трлн т газов, но длиться это будет десятки миллиардов лет, ведь эта планета в два раза больше нашего Юпитера. Массы там хватит на четыре жизни нашей Вселенной.

Симуляция газовых хвостов за экзопланетой HAT-P-32b. Источник изображения: M. MacLeod/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and A. Oklopčić/University of Amsterdam

Учёные и раньше знали, что за экзопланетой HAT-P-32b тянется шлейф газа из её атмосферы. Новое наблюдение позволило оценить масштабы этого явления и дало пищу для создания универсальной модели поведения атмосфер экзопланет, расположенных недалеко от своих звёзд. На основе этих моделей учёные смогут предугадывать динамику поведения газовых оболочек экзопланет, которые не настолько удобны для наблюдения, как HAT-P-32b.

Экзопланета HAT-P-32b удалена от нас на расстояние около 923 световых лет. Это газовый гигант — так называемый горячий юпитер. Её радиус примерно в 1,8 раза больше радиуса настоящего Юпитера. Выявленный газовый хвост экзопланеты простирается на расстояние, в 53 раза превышающее её радиус. Ничего подобного астрономы в своей жизни пока не видели.

Экзопланета открыта методом транзита — она проходит по диску своей звезды раз в 2,15 дня. Подобная близость предполагает высочайший разогрев экзопланеты. Её температура, по оценкам учёных, достигает 1562 °C. Такой нагрев раздувает саму планету и её атмосферу и вызывает ускоренные потери газа. Эти потери видны при спектральном анализе света звезды, когда экзопланета проходит по её диску. Спектр чётко показывает объём газового шлейфа за экзопланетой по линиям поглощения гелия и водорода (H_α), но истинные масштабы потерь учёные оценили только после того, как проследили за HAT-P-32b также при её движении за звездой. Мощности света от звезды оказалось достаточно для анализа спектра по отражённым сигналам.

Полученные данные обескуражили учёных. Они не ожидали, что газовые шлейфы окажутся настолько огромными. Тем не менее, даже при такой колоссальной скорости извержения экзопланета HAT-P-32b полностью потеряет свою атмосферу лишь через 40 млрд лет.

Экзопланета проходит по диску звезды и теряет атмосферу, как это видит художник. Источник изображения: ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser

«Очень интересно наблюдать, насколько гигантскими являются вытянутые хвосты по сравнению с размерами планеты и звезды-хозяйки, — отметил руководитель работы Чжоуцзянь Чжан (Zhoujian Zhang) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. — Возможно, и у других планет есть вытянутые уходящие атмосферы, которые еще предстоит обнаружить с помощью аналогичного мониторинга».

«Наши выводы о HAT-P-32b могут помочь нам понять, как взаимодействуют другие планеты и их звезды, — сказала астроном Кэролайн Морли (Caroline Morley) из Техасского университета в Остине. — Мы можем проводить высокоточные измерения на горячих юпитерах, как этот, а затем применить наши выводы к более широкому кругу планет».

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил следы водяного пара в атмосфере сверхгорячего газового гиганта WASP-18 b, расположенного в 400 световых годах от Земли. Сам факт того, что телескоп смог обнаружить «сигнатуры» присутствия воды на такой дистанции, говорит о великолепном разрешении использованного оборудования.

Иллюстрация. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

WASP-18 b приблизительно в 10 раз массивнее Юпитера и вращается всего в 3,1 млн км от солнцеподобной звезды. Для сравнения Меркурий находится от Солнца на расстоянии около 63,4 млн км. Период обращения вокруг звезды WASP-18 составляет всего один земной день.

Из-за того, что планета находится так близко к своей звезде, температура её атмосферы столь высока, что, по данным NASA, буквально расщепляет большинство молекул воды. Тем не менее спектральный анализ атмосферы показал, что, несмотря на температуру порядка 2700 градусов по Цельсию, там всё же сохраняются некоторое количество воды.

WASP-18 b обнаружили ещё в 2008 году и изучали с помощью других телескопов, включая «Хаббл» и другие известные космические обсерватории, но ни одна из них не была достаточно чувствительной, чтобы обнаружить сигнатуры воды в атмосфере удалённой экзопланеты.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Помимо того, что планета столь массивна, горяча и находится чрезвычайно близко к своей звезде, она ещё и приливно заблокирована. Это означает, что WASP-18 b всегда повёрнута к звезде одной стороной. В результате в разных частях планеты температура значительно отличается — на солнечной стороне на 1100 градусов (по Цельсию) жарче, чем в «сумеречной зоне». Учёные не ожидали, что разница будет столь велика и теперь желают понять, какой неучтённый фактор оказывает подобное влияние, предотвращающее распространение жара по всей планете. Как заявляют учёные, карта яркости WASP-18 b свидетельствует об отсутствии ветров «с востока на запад», что, по данным исследователей, соответствует моделям с «атмосферным сопротивлением». В качестве возможного объяснения допускается наличие у планеты сильного магнитного поля, что, как считают исследователи, могло бы стать чрезвычайно захватывающим открытием.

По данным исследователей, «Джеймс Уэбб» обеспечивает большую чувствительность при создании детальных температурных карт, чем когда-либо раньше. Впервые карта составлена с помощью аппаратуры «Джеймса Уэбба», особенно учёных впечатляет то, что полученные результаты соответствуют некоторым предложенным ранее моделям — в частности, речь идёт о значительном падении температуры в регионах, где планета не освещается прямо местной звездой. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Каждая третья планета вокруг самых многочисленных звёзд в нашей галактике — красных карликов — потенциально пригодна для жизни, свидетельствует новое исследование. Эти выводы сделаны на основе изучения данных с телескопов «Гайя» и «Кеплер». Комбинированные данные позволили извлечь информацию об орбитах открытых ранее экзопланет, и примерно 30 % из них оказались «совместимыми» с жизнью.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Как признаются учёные, для завершения работы по оценкам эксцентриситета орбит экзопланет им не хватало точных расстояний до целевых звёзд. Эти данные предоставил европейский астрометрический спутник «Гайя» (Gaia). На основании данных «Гайи» и данных телескопа «Кеплер», который непосредственно охотился за экзопланетами (он искал их по провалам в блеске звёзд, если планета проходила по их дискам), были воссозданы орбиты 163 экзопланет у красных карликов.

Красные карлики — это самые распространённые в нашей галактике звёзды. Они размером с Юпитер и поэтому планеты могут двигаться вокруг них по более близким орбитам, и это не испепелит их. Вопрос в другом. Если орбиты будут сильно отличаться от круговых, то даже находясь в зоне обитания, где вода может быть в жидкой фазе, гравитационные «качели» будут вызывать приливной нагрев планет и, в конце концов, сделают их непригодными для биологической жизни.

Исследование показало, что у трети изученных экзопланет более-менее круговые орбиты, что делает их подходящими кандидатами на роль инкубаторов для жизни. При этом, чем больше у карликовой звезды M-типа экзопланет, тем более круговые у них всех орбиты. И наоборот, одиночные планеты, как правило, обладают сильно вытянутыми орбитами и на них при поиске жизни не стоит обращать первостепенное внимание.

Поскольку карликовых звёзд M-типа в нашей галактике миллиарды, то потенциально обитаемых миров в ней может быть сотни миллионов. И теперь мы лучше знаем, с каких миров необходимо начинать искать обитаемые.

Сборная группа астрономов сообщила о завершении анализа самых последних данных, полученных от космической обсерватории «Кеплер». Финальная научная кампания телескопа продлилась около двух недель, в последнюю из которых телескоп был почти неуправляемым. Но даже из такого набора данных учёные смогли вытянуть информацию о трёх новых обнаруженных экзопланетах. Телескоп выдавал результат до последней капли топлива в баках.

Источник изображения: NASA Jet Propulsion Laboratory

Обсерватория «Кеплер» создавалась для охоты за экзопланетами. Телескоп был запущен в 2009 году на орбиту вокруг Земли. Аппарат должен был следить за яркостью звёзд на северном небе, определяя наличие экзопланет по провалам в кривой блеска звёзд, когда планеты пересекали их диски. За четыре года «Кеплер» отследил кривые блеска 150 тыс. звёзд и обнаружил около 2000 экзопланет. На этом срок его миссии закончился, но научная работа не прекратилась — в баках обсерватории ещё оставалось топливо.

Впрочем, проблема была не только в заканчивающемся горючем. За 4 месяца до завершения миссии у телескопа отказал один из гироскопов, а ещё через 10 месяцев после окончания топлива отказал второй (всего их было 4). Телескоп стало трудно ориентировать и удерживать в стабильном положении, и его на время отключили. Весной 2014 года «Кеплер» вернули к работе, решив задачу стабилизации оригинальным образом. Третьей «точкой опоры» стал солнечный ветер. Это не позволяло направлять телескоп куда вздумается, но в пару десятков мест неба «Кеплер» теперь мог смотреть с уверенностью.

После этого телескоп работал ещё свыше четырёх лет, делая это «набегами», которые учёные стали называть кампаниями. Последняя кампания началась в августе 2018 года на почти сухих баках. Десять дней «Кеплер» собирал высококачественные данные и ещё неделю смог проработать с постоянной потерей стабилизации. 30 октября 2018 года телескоп официально отправлен на пенсию.

За почти девять лет наблюдений он открыл свыше половины из надёжно зарегистрированных за пределами нашей системы 5000 экзопланет. И даже последние дни работы телескопа принесли открытия — расшифрованные данные рассказали об открытии двух экзопланет и одного кандидата в экзопланеты.

Интересно добавить, что к анализу последних данных «Кеплера» привлекли астрономов-любителей. Энтузиасты охотно тратят личное время на ручной анализ данных. Именно благодаря им были сделаны открытия в последних данных «Кеплера», для чего потребовалось глазами просмотреть кривые блеска почти 33 тыс. звёзд.

Две подтвержденные планеты — это K2-416 b, которая примерно в 2,6 раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды примерно каждые 13 дней, и K2-417 b — чуть более крупная планета, которая более чем в три раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды каждые 6,5 дней. Из-за размера и близости к своим звёздам обе планеты относятся к классу «горячих мини-нептунов». Они расположены на расстоянии около 400 световых лет от Земли.

Планета-кандидат EPIC 246251988 b — это самая большая из трёх планет. Она почти в четыре раза больше Земли. Эта планета размером с Нептун и обращается она по орбите вокруг своей звезды примерно за 10 дней. От Земли до неё 1200 световых лет.

«Мы обнаружили, вероятно, последние планеты, когда-либо открытые "Кеплером", в данных, полученных, когда космический аппарат буквально работал на износ, — сказал Эндрю Вандербург, доцент физики факультета астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института. — Сами планеты не особенно необычны, но их нетипичное открытие и историческое значение делают их интересными».

Астрономы обнаружили всего в 137 световых годах от Солнечной системы две «суперземли», вращающихся вокруг красного карлика TOI-2095. Каждая из экзопланет слегка больше Земли — найти их удалось с помощью космического телескопа Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) агентства NASA.

Иллюстрация. Источник изображения: ESA

В ходе наблюдений за звездой TOI-2095 телескопом были зарегистрированы затемнения диска, анализ которых позволил предположить, что кратковременные помехи излучению создают именно проходящие планеты. Имелись и другие косвенные свидетельства существования «суперземель» в данной звёздной системе.

Красные карлики представляют собой крупнейшее семейство звёзд во Вселенной. Хотя они «прохладнее» Солнца, некоторые из них на ранних стадиях жизненного цикла отличаются мощными периодическими вспышками в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Такая радиация способна буквально «сдуть» атмосферу с близлежащих планет, поэтому учёные не уверены, что находящиеся в «обитаемой зоне» (там, где может присутствовавть вода в жидком виде) планеты могут сохранить в таких условиях жизнь в её землеподобном варианте. Тем интереснее учёным исследовать обнаруженные объекты TOI-2095 b и TOI-2095 c и в дальнейшем.

Дистанция между планетой TOI-2095 b и местной звездой составляет всего 1/10 от среднего расстояния между Землёй и Солнцем, объект в 1,39 раза больше в диаметре, чем наша планета и в 4,1 раза массивнее, на полный оборот вокруг красного карлика по орбите уходит 17,7 земных суток. TOI-2095 расположена несколько дальше: на оборот вокруг местного светила уходит около 28,2 земных суток. Экзопланета в 1,33 раза больше Земли и в 7,5 раз массивнее, температура на поверхности, вероятно, составляет от 24 до 74 градусов по Цельсию. По мнению учёных, относительно длительные орбитальные периоды позволяют получить чрезвычайно важные данные, которые помогут пролить свет на процесс формирования малых планет, движущихся по орбитам вокруг красных карликов.

Конечно, открытие вновь демонстрирует огромные возможности TESS. С момента запуска в апреле 2018 года космический телескоп обнаружил 330 подтверждённых экзопланет, а также 6,4 тыс. кандидатов, ожидающие дальнейшего анализа. Например, буквально в январе TESS выявил в системе TOI 700 уже вторую экзопланету, на которой может быть жидкая вода и, возможно, даже жизнь.

Теперь учёные намерены продолжить исследования, связанные с системой TOI-2095 и установить радиальные скорости «суперземель». Полученные данные позволят лучше оценить массы TOI-2095 b и TOI-2095 с, что, в свою очередь, поможет точнее установить их плотность. Такие данные, в частности, дадут узнать, смогли ли планеты сохранить свои атмосферы. Результаты исследования можно найти в репозитории arXiv.

Используя приборы телескопа «Джеймс Уэбб», учёные изучили атмосферу далёкой экзопланеты необычным способом. Инопланетный мир оказался покрыт плотным туманом, дымкой или облаками. Это могла быть планета-океан, и таких может быть множество во Вселенной.

Экзопланета GJ 1214 b в представлении художника. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Исследователи направили телескоп в сторону экзопланеты GJ 1214 b. Это так называемый мининептун — планета промежуточной массы между Нептуном и Землёй. Наши наблюдения показывают, что это один из самых распространённых из зарегистрированных на сегодня типов экзопланет. Система красного карлика GJ 1214 находится в 40 световых годах от нас и была изучена ранее. Об атмосфере GJ 1214 b также было известно, что она парообразная. Однако состав атмосферы в целом был неизвестен. «Уэбб» помог собрать больше данных по атмосфере этой экзопланеты и сделал это необычным образом.

Обычно подсказку о химическом и физическом составе атмосферы экзопланеты мы получаем транзитным способом, когда планета проходит по диску своей звезды и часть спектра её света поглощается атмосферой. По провалам в спектральных линиях мы можем узнать, какими газами богат воздух экзопланеты. В случае наблюдения за GJ 1214 b приборы «Уэбба» использовались для фиксации температуры планеты в течение её полного орбитального периода, благо она делает полный оборот вокруг своего «солнца» всего за 1,6 суток.

Выяснилось, что разница между температурами на дневной и ночной сторонах экзопланеты очень большая: днём она достигала 279 °C, а ночью — 165 °C. Подобная разница возможно только в том случае, если в атмосфере преобладают тяжёлые молекулы, например, воды или метана. Нюанс в том, что звезда-хозяин бедна на такие элементы и экзопланета, скорее всего, сформировалась вдали от неё и приближалась к ней постепенно.

Учёные предполагают, что GJ 1214 b могла сразу сформироваться как мир, богатый водой и льдами — как водный мир. Это дало ей впоследствии парообразную атмосферу. Это те кусочки головоломки, которые помогут в итоге сложить более полную картину об одних из самых часто встречающихся во Вселенной экзопланет. Без инструментов «Уэбба» подобное наблюдение сделать было невозможно. И оно будет не единственным. Только так можно будет увидеть всю картину целиком.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил в атмосфере планеты в другой звёздной системе признаки водяного пара — если это действительно так, это первый случай его обнаружения в атмосфере каменистой экзопланеты. Но пока есть причины сомневаться в достоверности открытия.

Источник изображения: nasa.gov

Существование жизни на других планетах — один из важнейших научных вопросов, и у «Джеймса Уэбба» есть инструменты, способные помочь с поиском ответа на него. Одним из важнейших условий обитаемости планеты является водяной пар — ранее космический телескоп уже обнаруживал его признаки на экзопланетах, но то были подобные Юпитеру газовые гиганты, лишённые твёрдой поверхности для поддержания (в буквальном смысле) жизни. Возможно, пар впервые выявлен на каменистой планете.

Эта планета под названием GJ 486 b расположена в 26 световых годах от Земли. Она примерно на 30 % крупнее и в 3 раза массивнее нашей планеты. Однако, помимо более сильной гравитации, она имеет ещё одно значительное отличие от Земли: эта планета расположена очень близко от своей звезды и находится в состоянии приливного захвата — её гипотетическому посетителю придётся выбирать между вечными днём или ночью, а температура на поверхности составляет около 430 °C.

По всей вероятности, для жизни GJ 486 b непригодна, но и в этом случае обнаружение водяного пара на ней имеет большое значение: это было бы первое его открытие на каменистой планете, а её особенности указывают на способность планет удерживать атмосферу даже при постоянном воздействии излучения своей звезды. Признаки водяного пара были обнаружены при прохождении планеты перед звездой, поэтому существует вероятность, что соответствующий сигнал был получен не от планеты, а от пятен на поверхности звезды, хотя свидетельств их присутствия астрономы, по их утверждению, не обнаружили.

К счастью, инструментарий «Джеймса Уэбба» достаточно обширен, чтобы проверить эту гипотезу. В частности, прибор Mid-Infrared Instrument (MIDI) поможет обнаружить самую горячую точку на планете: в отсутствие атмосферы она должна быть в центре дневной стороны, а если атмосфера всё-таки есть, то тепло в ней циркулирует, и самая горячая точка будет в другом месте.

Группа астрономов во главе с Иэном Хэммондом (Iain Hammond) из Университета Монаша (Австралия) подтвердила открытие молодой экзопланеты размером с Юпитер — её присутствие удалось зафиксировать по следу в газопылевом диске, окружающем звезду HD 169142. Он напоминает след от движущейся по воде лодки.

Источник изображения: monash.edu

Окружающее звезду тонкое круглое облако — это так называемый протопланетный диск. Внутри подобных структур холодные плотные глыбы сталкиваются друг с другом, в результате чего под действием гравитационных сил формируются планеты. Протопланетный диск вокруг HD 169142 разделён на три кольца, промежутки между которыми объясняются присутствием молодых, недавно сформировавшихся планет — протопланет.

Около 4,6 млрд лет назад протопланетным диском было окружено и Солнце. В конечном итоге он разрушился, а из него образовались планеты солнечной системы, в том числе Земля. Поэтому изучение таких объектов, молодых звёзд и планет, важно для понимания процессов, которые привели к формированию нашей звёздной системы.

Учёные в течение последних лет производили наблюдения за звездой HD 169142 и её окрестностями в Очень большой телескоп (VLT) на горе Серро-Паранале в чилийской пустыне Атакама — это один из самых передовых оптических телескопов на Земле. Наиболее полезным в открытии оказался инструмент спектро-поляриметрического высококонтрастного исследования экзопланет (SPHERE), представляющий собой систему адаптивной оптики. Инструмент помог установить, что планета размером с Юпитер вращается вокруг HD 169142 на расстоянии, несколько превышающем расстояние от Солнца до Нептуна.

При работе SPHERE блокирует свет звезды в центре протопланетного диска, увеличивая тем самым контрастность изображения; разрешение же увеличивается за счёт коррекции размытия, которое вызывает атмосферная турбулентность. Учёные считают, что глубокое исследование звёздной системы HD 169142, расположенной на расстоянии около 375 световых лет от Солнца, поможет лучше понять механизмы формирования газовых гигантов, подобных Юпитеру.

Экзопланеты слишком маленькие и очень далеки, чтобы мы могли увидеть эти миры прямо в оптические телескопы. Поэтому почти все из обнаруженных на сегодня 5300 экзопланет выявлены тем или иным косвенным способом. Тем удивительнее было сделать открытие инопланетного мира с использованием редкого астрономического наблюдения и затем подтвердить его существование прямым наблюдением. Но самое ценное в этом — создание новой методики поиска экзопланет.

Одно из изображений экзопланеты HIP-99770b с телескопа Субару. Источник изображения: T. Currie/Subaru Telescope/UTSA

В астрономии для косвенного поиска экзопланет используется два основных метода: транзитный и доплеровский. В первом случае астрономы ищут повторяющиеся провалы в блеске звёзд, когда экзопланета перекрывает её свет при проходе по диску в орбитальном движении, а во втором случае фиксируются повторяющиеся изменения в длине волны света звёзд — так называемое доплеровское смещение. Пара звезда-планета вращается вокруг общего центра масс и звезда то приближается в нашу сторону, то движется от нас, что находит отражение в её спектре. В обоих случаях становится возможным обнаружить очень близкие к звёздам экзопланеты, что мешает разглядеть их в оптические телескопы на фоне яркого света материнских звёзд.

Но заметить «танец» звезды на небе можно и другим способом — астрометрическим. Измеряя точное положение звёзд в небе и их радиальную скорость, можно обнаружить характерное кружение звёзд вокруг линии, по которой она должна двигаться при вращении вокруг центра галактики.

Источник изображения: ЕКА

Если в системе звезды есть достаточная по массе экзопланета или несколько экзопланет, то звезда будет двигаться характерной «змейкой». Такие данные обнаружились в наблюдениях европейской космической станции Gaia «Гайя». «Гайя» точнейшим образом измеряет координаты звёзд и их скорости движения относительно Земли. Фактически она строит трёхмерную карту звёзд в Млечном Пути в динамике, что даёт массу информации для самых разнообразных открытий.

Ряд звёзд уже привлёк внимание астрономов и одна из них — HIP-99770 — была изучена на предмет наличия экзопланеты. Из данных «Гайи» стало понятно, в какую точку Вселенной надо смотреть и с помощью оптических телескопов Субару и обсерватории Кека на Гавайях в указанной области пространства у звезды HIP-99770 была визуально обнаружена экзопланета, получившая название HIP-99770b.

Таким образом, астрометрический метод дал звезду-кандидата на систему с экзопланетой, и проведённое после этого прямое наблюдение обнаружило там инопланетный мир. Из данных «Гайи» и базы более старой европейской астрометрической орбитальной обсерватории Hipparcos выделены ещё около 50 звёзд-кандидатов, «петляющих» по небу в своём галактическом движении, где также будут проводиться оптические поиски экзопланет. Эти исследования помогут отработать новую методику поиска инопланетных миров.

Испытанный учёными метод позволяет открывать экзопланеты на удалённых орбитах, что ценно само по себе. Экзопланета HIP-99770b имеет 14–16 масс Юпитера и в 1,05 раза больше радиуса Юпитера. Она вращается вокруг звезды массой в две солнечные массы, поэтому находясь от неё в три раза дальше Юпитера (на удалении 15 а. е.) получает примерно столько же энергии, как Юпитер.

Прямое наблюдение экзопланеты в телескоп вместе с астрометрическим методом позволило не только получить данные о размере, плотности и диаметре экзопланеты, но и дало увидеть облака в её атмосфере и даже что-то типа пояса Койпера вокруг местной звезды. Без сомнения, учёные ещё не раз будут изучать такой интересный объект, пытаясь получить о нём и его атмосфере больше данных. В конце концов, когда-нибудь будет обнаружен и близнец Земли. И чем больше у нас будет способов поиска таких экзопланет, тем быстрее это произойдёт.

Для учёных поиски экзопланет и потенциально обитаемых иных миров стали обычным делом. Но мы продолжаем искать инопланетную жизнь по своим меркам — там, где вода может быть в жидкой форме. Для этого экзопланеты сортируют с учётом нахождения в так называемой «зоне обитаемости» своей звезды, а это в целом редкое пока явление и, как считают некоторые специалисты, ставить во главу угла наличие жидкой воды — это неправильно. Искать нужно совсем другое.

Экзопланета Proxima b на орбите в зоне обитания звезды Proxima Centauri. Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

В целом жизнь можно описать как непрерывный процесс вычислений или работу с информацией, которая в природе происходит с учётом обратной связи в виде естественного отбора. Информация о биологических организмах на Земле хранится в ДНК, а определённые белки и другие соединения обрабатывают эту информацию. Фактически потенциал жизни — это потенциал вычислений. И вода в этом процессе может играть как решающую роль, если мы рассматриваем земную биологию, так и вовсе может не иметь к нему отношение. В конце концов, есть же и другие растворители?

По мнению авторов статьи, поиск зон обитания необходимо расширить до поиска зон, где могут проходить вычисления. Для возникновения жизни в зонах вычислений необходимо три базовых условия: во-первых, должен быть богатый состав химических элементов; во-вторых, должен быть источник любой энергии для осуществления химических реакций и совсем необязательно солнечной; и, в-третьих, должен быть субстрат для проведения и поддерживания реакций (на Земле это верхний слой литосферы и океаны).

Основываясь на новом подходе жизнь можно искать в более широких рамках и вне установленных зон обитаемости с жидкой водой. Предложенные поправки позволят нам шире посмотреть на проблему возникновения и распространения жизни во Вселенной.

Астрономы засекли повторяющийся радиосигнал из космоса и проследили его до каменистой экзопланеты размером с Землю. Но это не передача от инопланетного разума. Суть открытия в другом — это может быть признаком магнитного поля у далёкой планеты. А магнитное поле — это щит для атмосферы и база для зарождения биологической жизни. До этого никто ещё не находил землеподобных экзопланет с признаками магнитного поля. Планета YZ Ceti b стала первой.

Источник изображения: National Science Foundation/Alice Kitterman

Сразу отметим, что исследование изобилует допусками и не может считаться завершённым. Обнаруженный повторяющийся радиосигнал от планеты YZ Ceti b из системы звезды YZ Ceti в созвездии Кита немного не совпадает с периодом орбиты экзопланеты. Этому тоже может быть объяснение. Например, магнитное поле экзопланеты имеет наклон, и это вносит неточность в период повторения радиовсплесков.

В то же время данных достаточно, чтобы построить примерную модель происходящего в системе YZ Ceti. Планета YZ Ceti b делает один оборот вокруг своей звезды примерно за двое суток. Эта звезда не такая яркая и горячая как наше Солнце, но двое суток — это очень и очень близко, чтобы там была жидкая вода и условия для зарождения биологической жизни. Зато появляется возможность для регистрации сильного взаимодействия магнитных полей звезды и планеты.

На больших орбитах это сделать невозможно. По крайней мере, если использовать современные астрономические приборы и методики. Однако если планета расположена совсем рядом со звездой, то плазменный ветер светила будет вызывать значительные возмущения магнитного поля планеты, что, как предполагают учёные, они смогли наблюдать в системе YZ Ceti.

Данные наблюдений учёные представили в статье в журнале Nature Astronomy. Если они подтвердятся, это станет открытием первой каменистой землеподобной экзопланеты с собственным магнитным полем. На этой конкретной планете жизни в нашем понимании нет, и не будет, но открытие приведёт к разработке методики обнаружения магнитных полей у экзопланет в целом, а это ещё одна возможность для направленного поиска жизни во Вселенной.

На удалении около 730 световых лет от нас учёные обнаружили экзопланету размерами с Юпитер, но с поражающей воображение плотностью. Замеры и расчёты показали, что инопланетный мир TOI-4603b имеет массу около 13 масс юпитеров, то есть планета состоит из материала, ощутимо более плотного, чем свинец.

Рождение планеты из протопланетного диска по мнению художника. Источник изображения: ESO/L. Calçada

Экзопланета TOI-4603b относится к небольшой, однако важной категории открытий, которое не укладывается в наши знания о Вселенной и её развитии. Именно подобные вещи движут вперёд земную науку. По своим характеристикам TOI-4603b вышла на границы массы и размера между планетой и коричневым карликом, что открывает возможность лучше понять эволюцию этих звёзд.

«Это одна из самых массивных и плотных транзитных планет-гигантов, известных на сегодняшний день, — пишет группа астрономов под руководством Аканши Кханделвал (Akanksha Khandelwal) из Лаборатории физических исследований в Индии, — и ценное дополнение к популяции из менее чем пяти массивных близких планет-гигантов в области перекрытия планет с высокой массой и коричневых карликов с низкой массой, что необходимо для понимания процессов, ответственных за их формирование».

Экзопланета TOI-4603b, как уже ясно, расположена довольно близко к своей звезде и вращается вокруг неё с периодом 7,25 суток. Её плотность в три раза больше плотности Земли и в 9 раз больше плотности Юпитера. Об открытии астрономы подготовили статью для журнала Astronomy & Astrophysics Letters и разместили препринт на сайте arXiv.

Учёным давно понятно, какую предельную массу может иметь планета. Если масса превысит этот показатель, давление и температура в её ядре запустят реакцию ядерного синтеза и планета превратится в звезду. Минимально необходимая для этого масса звезды должна быть около 85 масс Юпитера. С этого момента водород начнёт превращаться в гелий.

Считается, что для планеты верхний предел массы составляет от 10 до 13 юпитеров. От этой границы до запуска ядерного синтеза лежит промежуток образования коричневых карликов — звёзд, в которых ядерный синтез не запускается, но может плавиться тяжёлый изотоп водорода — дейтерий. В принципе, коричневые карлики образуются так же, как звёзды из протозвёздного диска. Но одно из главных замеченных отличий в эволюции коричневых карликов и звёзд в том, что они почти всегда находятся на удалённых орбитах. Существует необъяснимый провал в отсутствии пар из звезд и коричневых карликов на дистанции ближе 5 а.е. (или ближе, чем пять расстояний от Земли до Солнца).

Открытие TOI-4603b в тесной паре со своей звездой и массой близкой к массе, за которой начинается классификация в сторону коричневого карлика — это ценное открытие в малоизученной области, которое может много дать науке об эволюции звёзд и Вселенной.

Экзопланета TOI-4603b была открыта транзитным методом по провалу в блеске звезды — она с заданным периодом проходила по её диску и на это время снижала светимость, что дало данные о радиусе экзопланеты. Наблюдение за «колебаниями» звезды в этой паре — определение её радиальной скорости в процессе движения вокруг общего центра масс — позволили вычислить массу экзопланеты и её плотность.

Расчёты показали, что масса TOI-4603b в 12,89 раз превышает массу Юпитера, а её радиус в 1,042 раза больше радиуса Юпитера. Тем самым средняя плотность экзопланеты составила 14,1 г/см³. Для сравнения, плотность Земли составляет 5,51 г/см³. Плотность Юпитера равна 1,33 г/см³, а плотность свинца — 11,3 г/см³.

Пограничное состояние экзопланеты, её близость и короткий орбитальный период вокруг звезды подталкивают к раскрытию механизмов эволюции и миграции коричневых карликов — в область знаний, где пробелов больше, чем знаний.

Загадочная тёмная материя ещё не обнаружена в природе в виде осязаемых частиц вещества, но учёные уже предложили методику для поиска целых планет из тёмной материи. Это кажется невозможным, но в целом физика поведения тёмной материи понятна, и планету из неё можно относительно легко отличить от планеты из обычного вещества, а с обнаружением обычных экзопланет у людей давно нет никаких проблем.

Источник изображения: Pixabay

Базовые алгоритмы для поиска планет из тёмной материи создала группа учёных из Университета Висконсин-Мэдисон. Очевидно, что поведение пары из звезды и экзопланеты из тёмной материи будет разительно отличаться от поведения звезды и обычной экзопланеты. Отличия будут во всех случаях, которые позволяют обнаружить экзопланеты. Чаще всего таких ситуации две: экзопланета проходит по диску звезды, и мы видим кратковременное и периодическое снижение блеска звезды; или звезда меняет радиальную скорость, что говорит о её колебательном движении вокруг общего центра масс звезда-экзопланета.

Предполагается, что тёмная материя может существовать как в виде частиц, так и в виде сгустков. Сгустки в виде макроскопических структур вполне могут иметь планетарную массу. Именно это предположение сделали учёные, начав работать над методикой поиска экзопланет из тёмного вещества. По их мнению, «макроскопическое состояние тёмной материи с массой и/или радиусом, похожими на планету, будет вести себя как тёмная экзопланета, если она ограничена звёздной системой, даже если физика, лежащая в основе объекта, напоминает что-то совсем другое».

Современные методы обнаружения экзопланет позволяют определить их ключевые свойства: радиус, массу и плотность. В некоторых случаях мы можем определить даже состав атмосферы экзопланеты. Это всё легко считается и отлично укладывается в разработанные модели от зарождения планет и звёзд до их гибели. Но если расчёты покажут нечто выходящее за рамки — экзопланету с плотностью выше, чем у железа или, наоборот, с плотностью близкой к нулю — всё это будет намекать на иную физику и, возможно, укажет на экзопланету из тёмного вещества.

Среди массы полученных об экзопланетах данных учёные не смогли найти открытия, выходящие за рамки привычной физики. Но чётко очертить такие рамки учёные себе позволили. Если удивительное открытие будет сделано, предложенные базовые методики облегчат объяснение явления и даже просто создадут условия для поиска экзопланет из тёмного вещества. Добавим, статью можно найти на сервере препринтов arXiv.

Люди уже научились находить планеты у далёких звёздных систем и определять их размеры, вес и плотность. На очереди анализ атмосфер и поиск признаков биологической жизни. Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» решает последние задачи лучше предыдущих инструментов. Благодаря спектрометрам «Уэбба» наблюдение далёкой экзопланеты VHS 1256 b впервые дало целый спектр показаний по составу воздуха и даже облаков мира из иной системы.

Экзопланета VHS 1256 b в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Ранее астрономы могли получить достоверную информацию по одному из параметров состава атмосферы экзопланеты. «Джеймс Уэбб» сделал это по нескольким показателям. Он не только различил в спектре VHS 1256 b метан, воду, угарный газ и следы углекислого газа, но даже смог распознать в её облаках пыль и песок из силикатных минералов. С некоторой натяжкой можно сказать, что «Уэбб» наблюдал пылевую бурю в инопланетном мире.

Надо сказать, что астрономам повезло с экзопланетой VHS 1256 b. Этот мир сравнительно молодой — ему примерно 150 млн лет и поэтому он горячий. Температура облаков в верхних слоях атмосферы VHS 1256 b достигает 830 °C. Инфракрасные спектрографы обсерватории заточены на работу в таких условиях. Данные принимаются как спектрографом ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), так и прибором среднего инфракрасного диапазона (MIRI). Если бы атмосфера VHS 1256 b не была бы такой горячей, её спектр можно было бы узнать только в процессе прохождения планеты по диску звезды за счёт прохождения фонового света сквозь атмосферу.

Впрочем, у транзитного метода тоже есть недостаток. Свет звезды сильно затруднил бы получение данных по планете. Коронографы и другие инструменты помогают с этим бороться, но у всего есть предел. И астрономам повезло с VHS 1256 b второй раз. Эта экзопланета вращается настолько далеко вокруг своей звезды, точнее — вокруг пары своих звёзд (это двойная система), что свет звёзд не мешает вести наблюдение. Один оборот VHS 1256 b делает за 10 тыс. лет. Это как если бы Плутон находился в четыре раза дальше от Солнца.

Спектр экзопланеты VHS 1256 b

Наконец, экзопланета VHS 1256 b расположена сравнительно недалеко от нашей системы — примерно на расстоянии 40 световых лет, что позволяет «Уэббу» вести уверенные наблюдения. Телескоп надёжно фиксировал, как облака силикатного песка и пыли поднимались и смешивались с воздушными массами в течение 22-часового местного дня. Экзопланета VHS 1256 b стала первым на сегодняшний день объектом планетарной массы, яркость которого меняется в крайних пределах в течение суток. Можно сказать, что мы впервые наблюдаем погодные явления в инопланетном мире и это действительно впечатляет.

Во Вселенной множество планет, где климатические условия по земным меркам просто адские, даже если экзопланета находится в поясе обитаемости своей звезды. Это планеты наподобие нашей Венеры, которые всегда обращены к звезде одной стороной. На светлой стороне там пекло, а на тёмной — лютый холод. Но может ли возникнуть и развиться жизнь на таких планетах в зоне терминатора или светораздела? Моделирование показало, что это возможно.

Источник изображения: Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center

Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне (UCI) провели работу и поделились её результатами в престижном астрономическом журнале The Astrophysical Journal, где рассказали о моделировании климатических условий в зоне терминатора на планете, постоянно обращённой к своей звезде одной стороной. Для этого учёные взяли одну из климатических моделей Земли и выставили условия, при которых она замедлила бы своё вращение до состояния синхронизации с Солнцем. Модель Земли стала делать один оборот вокруг своей оси за один орбитальный период прохода вокруг звезды.

Расчёты показали, что в зоне терминатора создаются стабильные климатические условия для зарождения и развития биологической жизни. Интересный момент — для этого на планете не должно быть избытка воды. Жизнь зарождалась на планете в зоне светораздела тем легче, чем меньше было на ней открытых источников воды. Океанов и морей для этого не нужно. Более того, они вредны, поскольку тогда возникают сильные испарения и парниковый эффект, повышающий и без того высокую температуру воздуха. Но если в зоне терминатора распространены озёра, то жизнь в таких местах была бы комфортнее с точки зрения земной биологии.

Исследование показывает, что множество ранее открытых экзопланет и будущих открытий может быть ошибочно отсеяно для детального обзора, куда могли бы попасть «синхронизированные» со своими звёздами планеты, до этого считающиеся неперспективными для поиска жизни. Жизнь следует искать также в зоне терминатора, если экзопланета попадает в зону обитаемости своей звезды. Признаки жизни на таких планетах могут быть в узкой полосе светораздела и не в нашем праве игнорировать такую возможность.