На «зефирной» планете идут дожди из металла и рубинов: как она образовалась

Ученые, вероятно, установили, что планеты типа «жаренный зефир» образуются сложнее, чем считалось до этого. По их словам «горячая и пухлая» экзопланета WASP-121b, которая относится к классу сверхгорячих юпитеров, могла образоваться гораздо ближе к звезде, чем предполагалось, сообщает Space.com.

На данный момент ученым удалось открыть более 5000 экзопланет, большинство из которых не похожи ни на одну из существующих в Солнечной системе. Яркими примерами таких планет являются горячие и сверхгорячие юпитеры. Это газовые гиганты, массы и размер которых во многом превосходят Юпитер, которые находятся настолько близко к своей звезде, что могут совершить оборот вокруг нее за несколько часов.

К классу горячих юпитеров относится около трети экзопланет, открытых на данный момент. Эти горячие, пухлые миры выдерживают колоссальные температуры, из-за чего их называют «жареным зефиром». Считается, что эти планеты формируются далеко от своих звезд, на орбитах, которые напоминают орбиты Сатурна и Юпитера в Солнечной системе, а затем мигрируют ближе к светилу. Но теперь ученые поставили под сомнение эту гипотезу.

В ходе нового исследования ученые изучили химию протопланетных дисков, сплющенных облаков газа и пыли вокруг молодых звезд, из которых появляются планеты, используя прибор Immersion GRating INfrared Spectrograph (IGRINS) на телескопе Gemini South в Чили. Исследователям впервые в истории удалось с помощью одного инструмента измерить соотношение камня и льда для транзитной планеты.

WASP-121b находится на расстоянии 858 световых лет от Земли, ее масса примерно в 1,2 раза больше массы Юпитера, но она раздута, поэтому в 1,9 раза больше ширины самой большой планеты Солнечной системы. Планета находится так близко к звезде, что совершает оборот вокруг нее всего за 1,3 дня. Она приливно заблокирована, то есть, одна ее сторона постоянно подвергается воздействию тепла и излучения от звезды.

Температура дневной стороны WASP-121b достигает 2500 градусов Цельсия. Это настолько горячо, что заставляет металлы испаряться и подниматься в атмосферу. Эти металлы затем выдуваются на ночную сторону планеты мощными ветрами со скоростью около 17 700 километров в час. Здесь они охлаждаются и выпадают в виде дождей из жидкого металла, рубинов и сапфиров.

Стандартные модели формирования планет предполагают, что WASP-121b должна была сформироваться дальше в протопланетном диске, окружавшем звезду, чем она находится сейчас. Но химия планеты, которую наблюдали ученые, не подтверждает эту идею.

В протопланетном диске этой системы (и всех других) должен был существовать градиент, который показывал, как каменистые и ледяные материалы менялись от пара до твердого состояния по мере увеличения расстояния от звезды. Астрономы могут оценить соотношение каменистого материала к ледяному, наблюдавшееся при формировании планеты. Это соотношение показывает, насколько далеко от звезды сформировалось небесное тело.

Тот факт, что WASP-121b настолько горячая, означает, что оба этих типа элементов испаряются в ее атмосфере и могут быть обнаружены с помощью IGRINS, когда планета пересекает или «проходит» мимо лица своей звезды.

С помощью этого инструмента ученые зарегистрировали особенно высокое соотношение камня и льда в WASP-121b. Это говорит о том, что в младенчестве планеты она могла аккрецировать большое количество каменистого вещества по мере своего формирования. Это может означать, что планета образовалась в области протопланетного диска, которая была слишком горячей для конденсации льда.

Это открытие стало неожиданностью для ученых, поскольку современные представления о формировании планет заключаются в том, что газовым гигантам нужны твердые льды для формирования.

Ранее астрономы обнаружили две планеты у разных звезд, которые распадаются на части под действием сильного тепла от своих светил. Обе планеты оставляют за собой следы обломков, которые можно рассмотреть в телескопы, направленные на них.