Гигантская экзопланета, известная как WASP-107b, буквально теряет свою атмосферу быстрее, чем ученые могли предположить. Новейшие наблюдения, выполненные при помощи Теплового телескопа Джеймса Вебба, показали, что планета буквально «течет» гелием – один из самых легких газов, присутствующих в космосе. Эта находка не только открывает новые границы в понимании процессов атмосферной утечки у экзопланет, но и ставит под сомнение существующие модели формирования и развития подобных миров.

Что такое супер-ПУФ планета?

WASP-107b, обнаруженная в 2017 году, расположена всего в 210 световых годах от Земли. Внешне она напоминает гигантский воздушный шар, однако по плотности и массе — уникальный случай в астрономии. Размер планеты составляет 94% от массы Юпитера, при этом ее масса всего лишь 12% от массы крупнейшей планеты Солнечной системы. Эта разница в пропорциях делает её одной из самых «распухших» (или, как их называют в научной среде — «супер-ПУФ») экзопланет.

Что отличает WASP-107b, так это необычайно низкая плотность — она в 6 раз меньше плотности воды, что нехарактерно для планет, находящихся так близко к своим звездам. Расположившись всего в семи таких расстояниях от своей звезды, как Меркурий — буквально на грани «жизни» для газовых гигантов, эта планета демонстрирует, насколько динамичны процессы формирования и эволюции планетных систем.

Происхождение и миграция: загадки формирования

Современные модели предполагают, что WASP-107b первоначально сформировалась гораздо дальше от своей звезды, аналогично положениям Юпитера и Сатурна, — то есть, в холодных слоях космоса, где холодные газы могли сконденсироваться и образовать крупные газовые оболочки. Однако во время миграции внутрь системы, под воздействием гравитационных взаимодействий, планета приблизилась к звезде, и ее атмосфера начала подвергаться сильному нагреву.

Последствия этого — интенсивное испарение легких газов, особенно гелия, — что и зафиксировал Телескоп Вебба. Открытие этого процесса становится важным звеном в понимании формирования «распухших» или «пухлых» планет — так называемых «супер-ПУФов», чья низкая плотность и расширенная атмосфера делают их уникальными объектами для астробиологических и планетологических исследований.

Течь гелия: ключевой аспект наблюдений

Ключевая особенность, выявленная при помощи Телескопа Вебба — это гигантский поток гелия, вытекший с планеты. Согласно статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, было зафиксировано расширение газа в области, в пять раз превосходящей диаметр самой планеты. Что более поразительно — этот газовая облако было зафиксировано в 1,5 часах до прохождения планеты перед своим звездным хозяином.

Это первый случай, когда учёным удалось зафиксировать «утечку» гелия с такой точностью, какими не могли похвастаться ни предыдущие космические телескопы, ни наземные наблюдения. Модель показывает, что атмосфера WASP-107b в процессе быстрого испарения, фактически «бегущая» за своей материей в космосе.

Доказательства показывают, что гелий выходит из атмосферы со скоростью, в десятки раз превышающей скорость звука — что делает этот процесс чрезвычайно динамичным и быстрым, особенно в условиях сильной звездной радиации. Впоследствии образуется огромная гелиевая туча, которая может разрастаться и поглощать значительные части атмосферы, постепенно превращая планету в «голую скалу».

Подробности о составе атмосферы

Инструменты Телескопа Вебба позволили ученым определить, что в атмосфере WASP-107b присутствует вода, а также следы угарного газа, двуокиси углерода и аммиака. Интересно, что присутствие этих газов подтверждает гипотезу о том, что планета мигрировала относительно недавно — так как обнаруженные концентрации кислорода и других элементов свидетельствуют о нехарактерных для столь близкой к звезде условий составах.

«Обнаружение воды и других газов свидетельствует о том, что атмосфера планеты все еще находится в процессе эволюции, и давление нагрева со стороны звезды продолжает ее «распушать»»

Также, неожиданным стало отсутствие метана — газа, который теоретически должен был присутствовать в атмосфере. Ученые предполагают, что интенсивное вертикальное перемешивание атмосферы, вызванное сильным нагревом, могло вытянуть метан глубоко внутрь планеты или же полностью разрушить его. Это открытие добавляет новые загадки в моделирование химии и динамики атмосфер подобных миров.

Значение открытий для науки и будущих исследований

Исследование WASP-107b помогает понять механизмы атмосферной утечки, которые применимы не только к экзопланетам, но и к более близким объектам — например, Венере, которая потеряла большую часть своих водных запасов за миллиарды лет. Понимание процессов, происходящих у «распухших» планет, предоставляет ключ к моделированию их эволюции и прогнозированию, как такие планеты могут изменяться со временем.

Учёные также надеются на новые данные, полученные при помощи Телескопа Вебба, которые помогут не только более точно определить химический состав, но и понять структуру внутренних слоев планеты, а также механизм вертикального перемешивания газа. Такие знания важны для определения потенциальной обитаемости планет за пределами Солнечной системы и оценки их пригодности для жизни.

Созданные модели показывают, что подобные экстремальные процессы не редкость в космосе, и понимание их механизмов — важнейший шаг к разгадке происхождения и эволюции планетных систем.

В целом, открытие указывает на много новых направлений исследований и вызывает массу вопросов: от того, как долго такие планеты могут сохранять свою атмосферу, до возможных путей её восстановления или окончательного разрушения. Важна роль телескопов подобного рода в расширении наших знаний о вселенной и о том, как формируются необычные миры.