Астрономи шоковані “дивним” явищем: Хаббл знайшов випаровуючу планету

Молода планета, що обертається навколо роздратованої червоної карликової зірки, змінюється непередбачуваним чином орбіта за орбітою. Він знаходиться настільки близько до своєї материнської зірки, що відчуває постійний бурхливий викид енергії, який випаровує його водневу атмосферу, змушуючи її відриватися від планети.

Але під час однієї орбіти, яку спостерігали за допомогою космічного телескопа Хаббла, планета виглядала так, ніби вона взагалі не втрачає жодного матеріалу, тоді як орбіта, яку спостерігали за допомогою Хаббла через півтора року, показала явні ознаки втрати атмосфери.

Дослідження екстремальних планетарних умов

Ця надзвичайна мінливість між орбітами шокувала астрономів. «Ми ніколи не бачили, щоб втеча атмосфери переходила від абсолютно невиявленої до дуже помітної протягом такого короткого періоду, коли планета проходить перед своєю зіркою», — сказав Кейлі Роккліфф з Дартмутського коледжу в Ганновері, Нью-Гемпшир. «Ми дійсно очікували чогось дуже передбачуваного, повторюваного. Але це виявилося дивним. Коли я вперше це побачив, я подумав: «Це не може бути правильно».

Роккліфф був настільки ж спантеличений, побачивши, коли це можна було виявити, атмосферу планети, яка роздувається перед планетою, як фари у швидкому поїзді. «Це відверто дивне спостереження є своєрідним тестом для моделювання та фізики планетарної еволюції. Це спостереження дуже круте, тому що ми маємо можливість досліджувати цю взаємодію між зіркою та планетою, яка насправді є найбільш екстремальною», – сказала вона.

Розташована на відстані 32 світлових років від Землі, материнська зірка AU Microscopii (AU Mic) містить одну з наймолодших планетних систем, які коли-небудь спостерігали. Вік зірки менше 100 мільйонів років (мізерна частка віку нашого Сонця, якому 4,6 мільярда років). Внутрішня планета, AU Mic b, має орбітальний період 8,46 днів і знаходиться всього в 6 мільйонів миль від зірки (приблизно 1/10 відстані планети Меркурій від нашого Сонця). Роздутий газоподібний світ приблизно вчетверо перевищує діаметр Землі.

AU Mic b: відкриття та характеристики

AU Mic b був виявлений космічними телескопами NASA Spitzer і TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) у 2020 році. Його помітили за допомогою транзитного методу, тобто телескопи можуть спостерігати незначне зниження яскравості зірки, коли планета перетинає її перед собою.

Червоні карлики, такі як AU Microscopii, є найпоширенішими зірками в нашій галактиці Чумацький Шлях . Тому вони повинні приймати більшість планет нашої галактики. Але чи можуть планети, що обертаються навколо червоних карликів, таких як AU Mic b, бути гостинними для життя? Ключова проблема полягає в тому, що молоді червоні карлики мають люті зоряні спалахи, які викидають виснажливе випромінювання. Цей період високої активності триває набагато довше, ніж у таких зірок, як наше Сонце.

Складні умови життя на планетах червоних карликів

Спалахи живляться від інтенсивних магнітних полів, які заплутуються через хвилюючі рухи зоряної атмосфери. Коли сплутання стає надто інтенсивним, поля розриваються та знову з’єднуються, вивільняючи величезну кількість енергії, яка в 100-1000 разів більша за енергію, яку вивільняє наше Сонце у своїх спалахах. Це приголомшливий феєрверк із сильних вітрів, спалахів і рентгенівського випромінювання, що вибухає будь-які планети, що обертаються близько до зірки. «Це створює дійсно необмежене і, відверто кажучи, страшне середовище зоряного вітру, який впливає на атмосферу планети», – сказав Роккліфф.

Питання планетарного виживання та проживання

За таких жахливих умов планети, що утворюються протягом перших 100 мільйонів років після народження зірки, повинні відчувати найбільшу кількість атмосферного виходу. Це може закінчитися повним позбавленням планети її атмосфери.

«Ми хочемо з’ясувати, які види планет можуть вижити в такому середовищі. Як вони нарешті виглядатимуть, коли зірка осяде? І чи буде врешті-решт якийсь шанс бути придатним для життя, чи вони залишаться просто випаленими планетами?» — сказав Роккліф. «Вони з часом втрачають більшу частину своєї атмосфери, а їхні ядра, що вижили, стають суперземлями? Ми насправді не знаємо, як виглядають ці остаточні композиції, тому що в нашій сонячній системі нічого подібного немає».

У той час як відблиски зірки заважають Хабблу бачити планету безпосередньо, телескоп може виміряти зміни у видимій яскравості зірки, спричинені виділенням водню з планети та затемненням світла зірки, коли планета проходить через зірку. Атмосферний водень був нагрітий до точки, коли він вийшов з гравітації планети.

Безпрецедентна мінливість атмосферного потоку

Небачені раніше зміни в атмосферному відтоку від AU Mic b можуть вказувати на швидку та надзвичайну мінливість спалахів червоного карлика-господаря. Існує така велика мінливість, тому що зірка має багато силових ліній магнітного поля. Одне з можливих пояснень відсутності водню під час одного з транзитів планети полягає в тому, що потужний зоряний спалах, який спостерігався сім годин тому, міг фотоіонізувати водень, що витікає, до точки, коли він став прозорим для світла, і тому його було неможливо виявити.

Інше пояснення полягає в тому, що зоряний вітер сам формує планетарний потік, роблячи його спостережуваним в деякі моменти, а не спостережуваним в інший час, навіть спричиняючи деякий відтік «гикати» перед самою планетою. Це передбачено в деяких моделях, як-от у Джона МакКанна та Рут Мюррей-Клей з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі, але це перший вид спостережень, який підтверджує, що це відбувається в такому екстремальному ступені, кажуть дослідники.

Подальші спостереження Hubble за більшою кількістю транзитів AU Mic b повинні дати додаткові ключі до дивної змінності зірки та планети, ще більше перевіряючи наукові моделі виходу та еволюції екзопланетної атмосфери. Джерело