Концепция этого художника изображает потенциальную вулканическую луну между экзопланетой WASP-49 b (слева) и ее родительской звездой. Новые данные, указывающие на то, что массивное облако натрия, наблюдаемое вблизи WASP-49 b, не создано ни планетой, ни звездой, побудили исследователей задаться вопросом, может ли его происхождение быть экзолуной. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Новое исследование, проведенное в Лаборатории реактивного движения НАСА, выявило потенциальные признаки наличия скалистого вулканического спутника, вращающегося вокруг экзопланеты в 635 световых годах от Земли. Самая большая подсказка — это натриевое облако, которое, как показывают полученные результаты, близко, но немного не синхронизировано с экзопланетой, газовым гигантом размером с Сатурн под названием WASP-49 b, хотя для подтверждения поведения облака необходимы дополнительные исследования. В нашей солнечной системе выбросы газа с вулканического спутника Юпитера Ио создают аналогичное явление.
Хотя экзолуны (спутники планет за пределами нашей Солнечной системы) не были подтверждены, было идентифицировано несколько кандидатов. Вполне вероятно, что эти планеты-компаньоны остались незамеченными, потому что они слишком малы и тусклы, чтобы их могли обнаружить современные телескопы.
Облако натрия вокруг WASP-49 b было впервые обнаружено в 2017 году, что привлекло внимание Апурвы Озы, бывшего научного сотрудника Лаборатории реактивного движения НАСА, а теперь научного сотрудника Калифорнийского технологического института, который управляет Лабораторией реактивного движения. Оза провел годы, исследуя, как можно обнаружить экзолуны по их вулканической активности.
Например, Ио, самое вулканическое тело в нашей Солнечной системе, постоянно извергает диоксид серы, натрий, калий и другие газы, которые могут образовывать обширные облака вокруг Юпитера, радиус которых до 1000 раз превышает радиус планеты-гиганта. Вполне возможно, что астрономы, наблюдающие за другой звездной системой, смогут обнаружить газовое облако, подобное Ио, даже если сама луна будет слишком мала, чтобы ее можно было увидеть.
И WASP-49 b, и его звезда состоят в основном из водорода и гелия с небольшим количеством натрия. Ни один из них не содержит достаточного количества натрия, чтобы объяснить облако, которое, судя по всему, исходит из источника, производящего примерно 220 000 фунтов (100 000 килограммов) натрия в секунду. Даже если бы звезда или планета могли производить такое количество натрия, неясно, какой механизм мог бы выбросить его в космос.
Может ли источником быть вулканическая экзолуна? Оза и его коллеги решили попытаться ответить на этот вопрос. Работа сразу оказалась сложной, потому что с такого большого расстояния звезда, планета и облако часто перекрываются и занимают одну и ту же крошечную далекую точку в космосе. Поэтому команде пришлось наблюдать за системой с течением времени.
Облако в движении
Как подробно описано в новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, они нашли несколько доказательств того, что облако создано отдельным телом, вращающимся вокруг планеты, хотя для подтверждения поведения облака необходимы дополнительные исследования. Например, дважды их наблюдения показали, что облако внезапно увеличивалось в размерах, как будто его дозаправляли, когда оно не находилось рядом с планетой.
Они также наблюдали, как облако движется быстрее планеты, что казалось бы невозможным, если бы оно не было создано другим телом, движущимся независимо от планеты и быстрее нее.
«Мы считаем, что это действительно важное доказательство», — сказал Оза. «Облако движется в направлении, противоположном тому, в котором, как говорит нам физика, оно должно было бы двигаться, если бы оно было частью атмосферы планеты».
Хотя эти наблюдения заинтриговали исследовательскую группу, они говорят, что им придется наблюдать за системой дольше, чтобы быть уверенными в орбите и структуре облака.
Вероятность вулканических облаков
Для части своего расследования исследователи использовали Очень Большой Телескоп Европейской Южной Обсерватории в Чили. Соавтор Озы Джулия Зайдель, научный сотрудник обсерватории, установила, что облако расположено высоко над атмосферой планеты, так же, как облако газа, которое Ио производит вокруг Юпитера.
Новое исследование под руководством НАСА предполагает, что натриевое облако, наблюдаемое вокруг экзопланеты WASP-49 b, может быть создано вулканической луной, которая изображена в концепции этого художника. Огненная луна Юпитера Ио производит подобное облако. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Они также использовали компьютерную модель, чтобы проиллюстрировать сценарий экзолуны и сравнить его с данными. Экзопланета WASP-49 b вращается вокруг звезды каждые 2,8 дня с регулярностью, напоминающей часы, но облако появлялось и исчезало за звездой или за планетой с, казалось бы, нерегулярными интервалами.
Используя свою модель, Оза и его команда показали, что луна с восьмичасовой орбитой вокруг планеты может объяснить движение и активность облака, в том числе то, как иногда кажется, что оно движется перед планетой и, похоже, не связано с конкретном регионе планеты.
«Очень убедительны доказательства того, что это облако создается не планетой и звездой», — сказала Розали Лопес, планетарный геолог из Лаборатории реактивного движения, которая была соавтором исследования вместе с Озой. «Обнаружение экзолуны было бы весьма необычным делом, и благодаря Ио мы знаем, что вулканическая экзолуна возможна».
Насильственный конец
На Земле вулканы активируются за счет тепла в ее ядре, оставшегося от формирования планеты. С другой стороны, вулканы Ио управляются гравитацией Юпитера, которая сжимает Луну, когда она приближается к планете, а затем ослабляет ее «хватку», когда Луна удаляется. Это изгибание нагревает внутреннюю часть маленькой луны, что приводит к процессу, называемому приливным вулканизмом.
Если у WASP-49 b есть луна, похожая по размеру на Землю, Оза и его команда подсчитали, что быстрая потеря массы в сочетании с давлением гравитации планеты в конечном итоге приведет к ее распаду.
«Если там действительно есть луна, у нее будет очень разрушительный конец», — сказал Оза.
