Учёные исследовали атмосферу на горячем Нептуне, которого не должно быть

Команда во главе с астрономом из Канзасского университета собрала данные, полученные с космических телескопов НАСА TESS и Spitzer, чтобы впервые отобразить атмосферу очень необычной экзопланеты, получившей название «горячий Нептун».

Результаты, касающиеся недавно обнаруженной планеты LTT 9779b, были опубликованы в Astrophysical Journal Letters. В статье подробно описывается первая спектральная характеристика атмосферы любой планеты, обнаруженной TESS, первая глобальная температурная карта любой планеты TESS с атмосферой и горячим Нептуном, чей спектр излучения фундаментально отличается от многих более крупных «горячих юпитеров», изученных ранее.

«Впервые мы измерили свет, исходящий от этой планеты, которой не должно быть», - сказал Ян Кроссфилд, доцент кафедры физики и астрономии в Университете Калифорнии и ведущий автор статьи. «Эта планета настолько интенсивно облучена звездой, что ее температура превышает 3000 градусов по Фаренгейту, и ее атмосфера должна была полностью испариться. Тем не менее, наши наблюдения с помощью Spitzer показывают ее атмосферу через инфракрасный свет, который излучает планета».

Хотя LTT 9779b необычен, одно можно сказать наверняка: людям там не очень понравится.

«У этой планеты нет твердой поверхности, и она намного горячее даже Меркурия в нашей Солнечной системе – присутствует не только расплав свинца в атмосфере планеты, но также платина, хром и нержавеющая сталь», - сказал Кроссфилд. «Год на этой планете меньше 24 часов - настолько быстро она вращается вокруг своей звезды. Это довольно экстремальная система».

Горячий Нептун LTT 9779b был обнаружен в прошлом году и стал одной из первых планет размером с Нептун, обнаруженных космической миссией НАСА по поиску планет TESS. Кроссфилд и его соавторы использовали метод, называемый анализом «фазовой кривой», для анализа атмосферного состава экзопланеты.

«Мы измеряем, сколько инфракрасного света испускает планета, когда вращается на 360 градусов вокруг оси», - сказал он. «Инфракрасный свет сообщает температуру чего-либо и то, где находятся более горячие и холодные части этой планеты - на Земле самый жаркий не полдень; самое жаркое время через пару часов после полудня. Но на этой планете на самом деле жарче всего примерно в полдень. Мы видим большую часть инфракрасного света, исходящего из той части планеты, где её звезда находится прямо над головой, и гораздо меньше из других частей планеты».

Показания температуры планеты рассматриваются как способ охарактеризовать её атмосферу.

«Планета намного холоднее, чем мы ожидали, что говорит о том, что она отражает большую часть падающего на нее звездного света, предположительно из-за дневных облаков», - сказал соавтор Николас Коуэн из Института исследований экзопланет (iREx), который помогал в анализе и интерпретации измерений температурной фазовой кривой. «Планета также не переносит много тепла на ночную сторону, но мы думаем, что поглощаемый звездный свет поглощается высоко в атмосфере, откуда энергия быстро излучается обратно в космос».

По словам Кроссфилда, результаты являются лишь первым шагом к новому этапу исследования экзопланет, поскольку изучение атмосфер экзопланет неуклонно продвигается к все меньшим и меньшим планетам.

«Я бы не сказал, что сейчас мы понимаем все об этой планете, но измерили достаточно, чтобы понять, что это будет действительно плодотворным объектом для будущих исследований», - сказал он. «Он уже нацелен для наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба. Наши измерения пока что показывают то, что мы называем спектральными характеристиками поглощения - и его спектр указывает на угарный газ и/или углекислый газ в атмосфере. Мы начинаем понимать, какие молекулы составляют его атмосферу. То, как выглядит глобальная температурная карта, кое-что нам говорит о том, как ветры распространяют энергию и материалы в атмосфере этой миниатюрной газовой планеты».

«Мы думаем, что редкость обнаружения горячих Нептунов связана с тем, что они недостаточно массивны, чтобы избежать значительного атмосферного испарения и потери массы», - сказал Кроссфилд. «Самые близкие горячие экзопланеты - это либо массивные горячие Юпитеры, либо скалистые планеты, которые давно утратили большую часть своей атмосферы».

Хотя LTT 9779b не подходит для колонизации людьми или другими известными формами жизни, оценка его атмосферы отточит методы, которые когда-нибудь можно будет использовать для поиска более благоприятных планет для жизни.

«Такие большие и горячие планеты, как LTT 9779b, помогают в обучении и показывают, что мы действительно знаем, что делаем, и можем все делать правильно».

Кроссфилд сказал, что еще предстоит проделать большую работу, чтобы лучше понять LTT 9779b и аналогичные горячие Нептуны, еще не обнаруженные.

«Мы хотим продолжить наблюдение с помощью других телескопов, чтобы мы могли ответить на другие вопросы», - сказал он. «Как эта планета может сохранять свою атмосферу? Как она сформировалась? Была ли она изначально больше, но потеряла часть своей первоначальной атмосферы? Если да, то почему её атмосфера - это не просто уменьшенная версия атмосферы сверхгорячих больших экзопланет? А что еще может скрываться в ее атмосфере? "

«Мы обнаружили в её атмосфере окись углерода и то, что постоянная дневная сторона очень горячая, в то время как очень мало тепла передается в ночную сторону», - сказал Бьорн Беннеке из iREx и Университета Монреаля. «Оба открытия делают планету очень интересной целью для будущего детального описания характеристик с помощью JWST. Сейчас мы также планируем гораздо более подробные наблюдения фазовой кривой с помощью NIRISS на JWST».