Концепция этого художника показывает, как могла бы выглядеть экзопланета WASP-107 b, основываясь на недавних данных, собранных космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА, а также на предыдущих наблюдениях Хаббла и других космических и наземных телескопов. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА, Р. Кроуфорд (STScI)
Почему теплая экзопланета газового гиганта WASP-107 b такая пухлая? У двух независимых групп исследователей есть ответ.
Данные, собранные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, в сочетании с предыдущими наблюдениями космического телескопа Хаббла НАСА, показывают удивительно мало метана (CH4) в атмосфере планеты, указывая на то, что внутренняя часть WASP-107 b должна быть значительно горячее, а ядро - гораздо более массивным. чем предполагалось ранее.
Считается, что неожиданно высокая температура является результатом приливного нагрева, вызванного слегка некруглой орбитой планеты, и может объяснить, как WASP-107 b может быть настолько раздута, не прибегая к крайним теориям о том, как она образовалась.
Результаты, ставшие возможными благодаря необычайной чувствительности Уэбба и сопутствующей способности измерять свет, проходящий через атмосферу экзопланет, могут объяснить раздутость десятков экзопланет с низкой плотностью, помогая разгадать давнюю загадку экзопланетной науки.
Проблема с WASP-107 b
Экзопланета «теплый Нептун» WASP-107 b, составляющая более трех четвертей объема Юпитера, но менее одной десятой массы, является одной из наименее плотных известных планет. Хотя пухлые планеты не редкость, большинство из них горячее и массивнее, и поэтому их легче объяснить.
«Основываясь на его радиусе, массе, возрасте и предполагаемой внутренней температуре, мы подумали, что WASP-107 b имеет очень маленькое каменное ядро, окруженное огромной массой водорода и гелия», — объяснил Луис Уэлбанкс из Университета штата Аризона (ASU), ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в журнале Nature. «Но было трудно понять, как такое маленькое ядро могло поглотить так много газа, а затем не допустить полного превращения в планету массой с Юпитер».
Если бы вместо этого большая часть массы WASP-107 b находилась в ядре, атмосфера должна была сжаться, поскольку планета остыла с момента ее формирования. Без источника тепла для повторного расширения газа планета была бы намного меньше. Хотя WASP-107 b имеет орбитальное расстояние всего 5 миллионов миль (одна седьмая расстояния между Меркурием и Солнцем), он не получает достаточно энергии от своей звезды, чтобы настолько раздуться.
«WASP-107 b — такая интересная цель для Уэбба, потому что она значительно холоднее и больше похожа на Нептун по массе, чем многие другие планеты с низкой плотностью, горячие Юпитеры, которые мы изучали», — сказал Дэвид Синг из Университета Джонса. Университет Хопкинса (JHU), ведущий автор параллельного исследования, также опубликованного сегодня в журнале Nature.
«В результате мы сможем обнаруживать метан и другие молекулы, которые могут дать нам информацию о его химическом составе и внутренней динамике, которую мы не можем получить с более горячей планеты».
Множество ранее не обнаруживаемых молекул
Гигантский радиус WASP-107 b, расширенная атмосфера и орбита, видимая с ребра, делают его идеальным для трансмиссионной спектроскопии — метода, используемого для идентификации различных газов в атмосфере экзопланеты на основе того, как они влияют на звездный свет.
Объединив наблюдения с помощью NIRCam Уэбба (камера ближнего инфракрасного диапазона), MIRI Уэбба (прибор среднего инфракрасного диапазона) и WFC3 Хаббла (широкоугольная камера 3), команда Уэлбанкса смогла построить широкий спектр поглощаемого света от 0,8 до 12,2 микрон. атмосферой WASP-107 b. Используя NIRSpec (ближний инфракрасный спектрограф) Уэбба, команда Синга построила независимый спектр, охватывающий от 2,7 до 5,2 микрон.
Точность данных позволяет не просто обнаруживать, но и фактически измерять содержание множества молекул, включая водяной пар (H2O), метан (CH4), диоксид углерода (CO2), оксид углерода (CO), диоксид серы. (SO2) и аммиак (NH3).
Бурлящий газ, горячая внутренняя часть и массивное ядро
Оба спектра показывают удивительное отсутствие метана в атмосфере WASP-107 b: одна тысячная от ожидаемого количества, исходя из предполагаемой температуры.
«Это свидетельство того, что горячий газ из глубин планеты должен энергично смешиваться с более холодными слоями выше», — объяснил Синг. «Метан нестабилен при высоких температурах. Тот факт, что мы обнаружили так мало, хотя мы и обнаружили другие молекулы, содержащие углерод, говорит нам о том, что внутри планеты должно быть значительно горячее, чем мы думали».
Вероятным источником дополнительной внутренней энергии WASP-107 b является приливное нагревание, вызванное его слегка эллиптической орбитой. Поскольку расстояние между звездой и планетой постоянно меняется на протяжении 5,7-дневной орбиты, гравитационное притяжение также меняется, растягивая планету и нагревая ее.
Ранее исследователи предполагали, что причиной отечности WASP-107 b может быть приливное нагревание, но до тех пор, пока не были получены результаты Уэбба, доказательств не было.
Как только они установили, что у планеты достаточно внутреннего тепла, чтобы полностью взбалтывать атмосферу, команды поняли, что спектры также могут предоставить новый способ оценить размер ядра.
«Если мы знаем, сколько энергии содержится на планете, и мы знаем, какую долю планеты составляют более тяжелые элементы, такие как углерод, азот, кислород и сера, по сравнению с тем, сколько водорода и гелия, мы можем вычислить, какая масса должна быть в ядро», — объяснил Дэниел Торнгрен из JHU.
Оказывается, ядро как минимум в два раза массивнее, чем первоначально предполагалось, что имеет больше смысла с точки зрения формирования планет.
В целом WASP-107 b не так загадочна, как казалось когда-то.
«Данные Уэбба говорят нам, что такие планеты, как WASP-107 b, не должны были формироваться каким-то странным образом со сверхмаленьким ядром и огромной газовой оболочкой», — объяснил Майк Лайн из ASU. «Вместо этого мы можем взять что-то похожее на Нептун, с большим количеством камня и меньшим количеством газа, просто поднять температуру и накачать его, чтобы он выглядел так, как он есть».
Информация от: Научным институтом космического телескопа.
