На расстоянии около 164 световых лет Горячий Юпитер вращается вокруг своей звезды так близко, что полный оборот вокруг него занимает менее четырех дней. Планета называется WASP-69b, и она теряет массу в космосе, уносимую мощной энергией звезды. Потерянная атмосфера планеты образует след, который простирается примерно на 560 000 км (350 000 миль) в космос.
Ученые знают, что звезды могут лишить массы планеты, которые подходят слишком близко. Это называется потерей массы, и она вызвана экстремальной ультрафиолетовой (EUV) и/или рентгеновской энергией звезды и звездным ветром. Это не редкое явление, хотя исследователи до конца его не понимают.
Но наблюдение за реальным потоком газа, исходящим с планеты, — это редкая возможность изучить потерю массы.
Исследователи знали о затруднительном положении WASP-69b и предсказали, какая часть атмосферы планеты будет удалена. Предыдущие исследования даже выявили очень маленький тонкий хвост. Но новые исследования показывают, что хвост, который простирается от Земли далеко за пределы Луны в нашей Солнечной системе, намного длиннее, чем считалось ранее.
Новое исследование называется «Выходящая оболочка WASP-69b ограничена хвостом, простирающимся как минимум на 7 R».п». Оно опубликовано в Астрофизическом журнале. Первый автор — Дакота Тайлер, аспирантка факультета физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
«Работы предыдущих групп показали, что эта планета теряет часть своей атмосферы, и предполагали наличие тонкого хвоста или, возможно, его отсутствие вообще», — сказал первый автор Тайлер. «Однако теперь мы окончательно обнаружили этот хвост и показали, что он как минимум в семь раз длиннее самой планеты».
Когда мы начали обнаруживать все больше и больше экзопланет с помощью миссии НАСА «Кеплер», за которой последовала миссия TESS, кое-что стало очевидным. Существуют пробелы в населении экзопланеты. Нептуновая пустыня означает нехватку планет размером с Нептун, находящихся на двух-четырехдневных орбитах вокруг своих звезд. Разрыв в радиусе малых планет означает нехватку экзопланет с радиусами от 1,5 до 2 раз больше радиуса Земли. Ученые считают, что потеря массы играет роль в обоих явлениях, и маловероятно, что в Разломе и Пустыне образуется недостаток экзопланет.
Но детали атмосферных потерь до конца не изучены. WASP-69b и его расширенный хвост из очищенного газа дают астрономам редкую возможность изучить его более внимательно.
«Изучение уходящих атмосфер сильно облученных экзопланет имеет решающее значение для понимания физических механизмов, которые формируют демографию близлежащих планет», — пишут авторы в своей статье.
Предыдущие исследователи нашли хвост, поэтому Тайлер и его соавторы знали, где искать. Но Тайлер и другие исследователи использовали для своих наблюдений гораздо больший телескоп. Они использовали 10-метровый телескоп обсерватории Кека и ее спектрограф высокого разрешения NIRSPEC. Они обнаружили, что поток, состоящий в основном из водорода и гелия, намного длиннее, чем предполагалось.
«За последнее десятилетие мы узнали, что у большинства звезд есть планеты, которые вращаются вокруг них ближе, чем Меркурий вращается вокруг нашего Солнца, и что эрозия их атмосфер играет ключевую роль в объяснении типов планет, которые мы видим сегодня», — сказал Ко. -автор и профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Эрик Петигура. «Однако для большинства известных экзопланет мы подозреваем, что период потери атмосферы давно завершился. Система WASP-69b — это жемчужина, потому что у нас есть редкая возможность изучить потерю массы атмосферы в режиме реального времени и понять важнейшую физику, которая формирует тысячи других планет».
Здесь действуют две разные силы. Излучение звезды и звездный ветер. Обе силы работают вместе, чтобы уничтожить WASP-69b, а затем увести его. Хвост является прямым результатом совместной работы обеих этих сил.
«Эти кометные хвосты действительно ценны, потому что они образуются, когда уходящая атмосфера планеты сталкивается со звездным ветром, который заставляет газ уноситься обратно», — сказал Петигура. «Наблюдение такого расширенного хвоста позволяет нам очень подробно изучить эти взаимодействия».
Нейтральный водород действительно трудно увидеть, поэтому исследователи измерили количество гелия в хвосте и использовали его для оценки общей потери массы планеты. Одна из причин, по которой предыдущие исследования обнаружили меньший хвост, заключалась в том, что телескоп, который они использовали, был меньше. Большие телескопы собирают больше фотонов от всего, что они наблюдают. На рисунке ниже текущее исследование, проведенное с помощью более крупного телескопа, сравнивается с предыдущими наблюдениями. Оба показывают кривые блеска гелия.
Исследователи говорят, что звезда теряет примерно одну земную массу материала каждые 100 миллионов лет. Но WASP-69b — массивный газовый гигант массой около 0,29 массы Юпитера. Это означает, что потребуется очень много времени, чтобы свести его на нет.
Но, по мнению авторов, оно никогда не сведется на нет.
«Приблизительно в 90 раз больше массы Земли, WASP-69b имеет такой большой резервуар материала, что даже потеря такого огромного количества массы не сильно повлияет на него в течение его жизни. Ему не грозит опасность потерять всю свою атмосферу в течение жизни звезды», — сказал Тайлер.
Экзопланеты также могут стабилизироваться, как только они уменьшатся до определенной массы. Некоторые исследования показывают, что экзопланеты с атмосферой, радиус которой вдвое превышает радиус их ядра, являются наиболее стабильными и сопротивляются потере атмосферы. Если атмосфера больше этого размера, то планета подвержена атмосферной эрозии и в конечном итоге достигнет более стабильного состояния, описанного выше. Для планет с меньшей атмосферой, чем эта, вероятна безудержная потеря атмосферы.
Это новое исследование основано на довольно кратких наблюдениях. Авторы отмечают, что, вероятно, в системе существует большая изменчивость, которая меняет скорость потери массы с течением времени. Понимание изменчивости имеет решающее значение для более детального понимания потери массы.
«Повторные наблюдения полезны для выявления любых изменений в свойствах оттока, особенно с использованием разных инструментов», — заключают они.
