Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил плотную атмосферу у ультрагорячей скалистой экзопланеты TOI-561 b

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) предоставил наиболее убедительные доказательства наличия значительной атмосферы у скалистой экзопланеты TOI-561 b. Это наблюдение ставит под сомнение устоявшиеся представления о том, что небольшие планеты, обращающиеся так близко к своим звездам, не способны удерживать газовые оболочки из-за интенсивного звездного излучения.

TOI-561 b, классифицируемая как ультрагорячая суперземля, была впервые обнаружена в 2020 году и, по оценкам, является одной из древнейших известных планет, сформировавшейся около 10 миллиардов лет назад. Планета имеет радиус примерно в 1,4 раза больше земного и совершает оборот вокруг своей звезды менее чем за 11 часов, что относит ее к редкому классу экзопланет с ультракоротким периодом обращения (USP). Она вращается вокруг звезды, которая является оранжевым карликом, примерно в два-три раза старше Солнца, на экстремально близком расстоянии, что приводит к приливному захвату, при котором одна сторона планеты постоянно обращена к светилу.

Исследовательская группа под руководством Йоханны Теске из Лаборатории Земли и Планет Института Карнеги использовала спектрограф NIRSpec телескопа JWST для измерения температуры дневной стороны планеты по ее ближней инфракрасной яркости. Если бы TOI-561 b представляла собой голую скалу, температура ее дневной стороны должна была бы составлять около 2700 °C (4900 °F). Однако наблюдения, проведенные в мае 2024 года, выявили более низкую температуру — всего 1800 °C (3200 °F). Эта неожиданно более низкая тепловая разница лучше всего объясняется наличием существенной, богатой летучими веществами газовой оболочки, перераспределяющей тепло.

Соавтор Тим Лихтенберг из Гронингенского университета предположил, что планета похожа на «мокрый лавовый шар», более богатый летучими веществами, чем Земля. Эта особенность, а именно аномально низкая плотность, не объясняется только внутренним составом, например, маленьким железным ядром и мантией из менее плотных силикатов. Звезда TOI-561 бедна металлами, что указывает на формирование планеты в иной химической среде, чем планеты Солнечной системы. По мнению ученых, этот состав может быть репрезентативным для планет, сформировавшихся, когда Вселенная была еще относительно молодой.

Наличие атмосферы, по мнению доктора Анджали Пьетт из Бирмингемского университета, необходимо для объяснения всех наблюдений, поскольку сильные ветры могут переносить тепло на ночную сторону. Ученые предполагают существование равновесия между магматическим океаном и атмосферой, где газы выделяются и поглощаются. Исследователи планируют использовать более 37 часов данных наблюдений JWST для составления карты циркуляции тепла и уточнения состава атмосферы. Результаты исследования были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters. По словам Николь Уоллак, соавтора работы, это открытие «переворачивает общепринятые представления о планетах со сверхкоротким периодом обращения».