Телескоп «Джеймс Вебб» виявив щільну атмосферу в ультрагарячої кам'янистої екзопланети TOI-561 b

Космічний телескоп «Джеймс Вебб» (JWST) надав найнадійніші свідчення наявності значної атмосфери навколо кам'янистої екзопланети TOI-561 b. Це відкриття кидає виклик усталеним уявленням про те, що невеликі планети, які обертаються так близько до своїх зірок, не здатні утримувати газові оболонки через інтенсивне зоряне випромінювання.

TOI-561 b, яку класифікують як ультрагарячу суперземлю, була вперше ідентифікована у 2020 році. За оцінками, це одна з найстаріших відомих планет, вік якої становить близько 10 мільярдів років. Планета має радіус приблизно в 1,4 рази більший за земний і здійснює повний оберт навколо своєї зірки менш ніж за 11 годин. Це відносить її до рідкісного класу екзопланет з ультракоротким періодом обертання (USP). Вона обертається навколо свого світила — помаранчевого карлика, який приблизно у два-три рази старший за наше Сонце, — на надзвичайно близькій відстані. Така близькість спричиняє припливне захоплення, через що одна сторона планети постійно повернута до зірки.

Дослідницька група під керівництвом Йоганни Теске з Лабораторії Землі та Планет Інституту Карнегі використала спектрограф NIRSpec телескопа JWST. Метою було виміряти температуру денної сторони планети за її ближньою інфрачервоною яскравістю. Якби TOI-561 b була голою скелею, температура її освітленої сторони мала б сягати близько 2700 °C (4900 °F). Проте спостереження, проведені у травні 2024 року, зафіксували значно нижчу температуру — лише 1800 °C (3200 °F). Ця несподівано менша теплова різниця найкраще пояснюється наявністю суттєвої газової оболонки, багатої на леткі речовини, яка ефективно перерозподіляє тепло по поверхні.

Співавтор дослідження Тім Ліхтенберг із Гронінгенського університету припустив, що планета нагадує «мокрий лавовий шар», який містить більше летких речовин, ніж Земля. Така особливість, зокрема аномально низька густина, не може бути пояснена лише внутрішнім складом, наприклад, невеликим залізним ядром та мантією з менш щільних силікатів. Зірка TOI-561 бідна на метали, що свідчить про формування планети в хімічно відмінному середовищі порівняно з планетами Сонячної системи. Науковці вважають, що такий склад може бути типовим для планет, які сформувалися, коли Всесвіт був ще порівняно молодим.

На думку докторки Анджалі Пьєтт з Бірмінгемського університету, наявність атмосфери є необхідною для пояснення всіх отриманих даних, оскільки потужні вітри здатні переносити тепло на нічну сторону. Дослідники висувають гіпотезу про існування рівноваги між магматичним океаном і атмосферою, де гази постійно виділяються та поглинаються. Планується використати понад 37 годин даних спостережень JWST для створення карти циркуляції тепла та точнішого визначення складу атмосфери. Результати цієї роботи були опубліковані у виданні The Astrophysical Journal Letters. Співавторка дослідження Ніколь Воллак зазначила, що це відкриття «перевертає загальноприйняті уявлення про планети з надкороткоперіодичним обертанням».