Астрономи откриха екзопланети, които се разпадат в Космоса

А строномите са открили две планети около две отделни звезди, които са подложени на въздействието на интензивната топлина на звездите си. И двете се разпадат пред очите ни, оставяйки следи от отломки, подобни на тези на кометите. И двете са планети със свръхкратък период на орбитата (USP), които обикалят бързо около звездите си.

Тези планети са рядък подклас, които не са достатъчно масивни, за да задържат материала си. Астрономите познават само три други разпадащи се планети.

USP са известни с изключително бързите си орбити, като някои от тях завършват една обиколка само за няколко часа. Тъй като се намират изключително близо до звездите си, те са подложени на интензивна топлина, звездна радиация и гравитация.

Много USP са привързани към звездата си, което превръща обърнатата към звездата страна в ад. USP рядко надхвърлят два земни радиуса, а астрономите смятат, че около 1 на 200 звезди, подобни на Слънцето, има такива. Те бяха открити съвсем наскоро и разширяват границите на нашето разбиране за планетарните системи.

Съществуват много въпроси, на които не е намерен отговор, свързани с USP. Механизмът на образуването им е неясен, макар че те вероятно са мигрирали до позициите си, а не са се образували там. Те са трудни за наблюдение поради близостта им до звездите, което затруднява отговорите на въпросите за структурата им.

За щастие два отделни екипа изследователи са открили двете разпадащи се предимства. Тъй като те изсипват съдържанието си в Kосмоса на опашки, те дават възможност на астрономите да видят какво има вътре в тях.

Новите наблюдения се съдържат в две нови статии, достъпни на сайта за предпечатна подготовка arxiv.org. Едната е „Разпадаща се скалиста планета със забележими кометоподобни опашки около ярка звезда“ (A Disintegrating Rocky Planet with Prominent Comet-like Tails Around a Bright Star). Водещ автор е Марк Хон, постдокторант в научния офис на MIT TESS. Този документ ще бъде наричан по-нататък „изследването на MIT“.

„Съобщаваме за откриването на BD+054868Ab, транзитираща екзопланета, която обикаля около ярко К-джудже с период от 1,27 дни“, пишат авторите. Космическият апарат TESS откри планетата, а наблюденията му „разкриват променлива дълбочина на транзита и асиметрични профили на транзита“, се посочва в статията.

Това са характеристики на прах, който идва от обречената планета и образува опашки: една на предния и една на задния край. Размерът на праховите частици във всяка от опашките е различен, като водещата опашка съдържа по-голям прах, а опашката - по-дребни зърна.

„Разпадащата се планета, която обикаля около BD+05 4868 A, има най-изявените досега опашки от прах“, казва водещият автор Хон.

“Опашките от прах, които се излъчват от бързо изпаряващата се планета, са гигантски. Дължината им от приблизително 9 млн. км обикаля повече от половината от орбитата на планетата около звездата на всеки 30 часа и половина“, добави той.

Проучването на Масачузетския технологичен институт показва, че планетата губи маса със скорост 10 земни маси материал на милиард години. Тъй като обектът вероятно е с размерите на земната Луна, той ще бъде напълно унищожен само след няколко милиона години.

„Скоростта, с която планетата се изпарява, е напълно катаклизмична и ние имаме невероятния късмет да станем свидетели на последните часове на тази умираща планета“, казва Хон.

Звездата-домакин вероятно е малко по-стара от Слънцето и има спътник червено джудже, разделено на около 130 AU. Авторите смятат, че планетата е чудесен кандидат за последващи изследвания с JWST. Звездата е не само ярка, но и транзитите са дълбоки. Заради водещите и изоставащите опашки транзитите могат да продължат до 15 часа.

„Яркостта на звездата-домакин, съчетана с относително дълбоките транзити на планетата (0,8?2,0%), представя BD+054868Ab като основна цел за изследвания на състава на скалисти екзопланети и за проучвания на природата на катастрофално изпаряващите се планети“, обясняват те.

„Това, което също е изключително вълнуващо за BD+05 4868 Ab, е, че тя има най-ярката звезда-приемник от останалите разпадащи се планети - около 100 пъти по-ярка от К2-22 - което я превръща в еталон за бъдещи изследвания на разпадащи се такива системи“, казва Ави Шпорер, научен сътрудник в Института за астрофизика и космически изследвания „Кавли“ на Масачузетския технологичен институт и съавтор на статията на Масачузетския технологичен институт.

„Преди нашето изследване другите три известни разпадащи се планети бяха около слаби звезди, което ги правеше трудни за изследване“, добави той.

Вторият доклад е „Разпадащ се скалист свят, обвит в прах и газ: Наблюдения на K2-22b в средния инфрачервен диапазон с помощта на JWST.“ Водещ автор е Ник Тусей, докторант в Пенсилвания, работещ в Центъра за екзопланети и обитаеми светове. Този документ ще бъде наричан по-нататък „изследването на Пенсилвания“.

„Ефлуентите, които сублимират от повърхността и кондензират в пространството, вероятно са представителни за бившите вътрешни слоеве, конвективно пренесени до разтопената повърхност“, пишат авторите.

В тази работа астрономите са успели да наблюдават отломките му с MIRI на JWST, а също и с други телескопи. Наблюденията показват, че материалът, идващ от USP, вероятно не е материал от ядрото с преобладаващо съдържание на желязо. Вместо това те „съответстват на някаква форма на магнезиево-силикатни минерали, вероятно от материал от мантията“, обясняват авторите.

„Тези планети буквално изливат вътрешностите си в Kосмоса за нас, а с JWST най-накрая разполагаме със средствата за изучаване на състава им и да видим от какво наистина са изградени планетите, които обикалят около други звезди“, казва водещият автор Тусай.

Не можем да видим какво има във вътрешността на планетите в нашата Слънчева система, въпреки че сеизмичните вълни и други наблюдения дават на учените доста добра представа за вътрешността на Земята. Изследвайки вътрешностите, идващи от K2-22b, астрономите научават не само за планетата, но и за други скалисти планети. Иронията е, че те са толкова далеч.

„K2-22b има асиметричен профил на транзита, тъй като прашният облак от изхвърляния на планетата се появява пред звездата, показвайки доказателства за удължени опашки като при кометите.“

„Забележително е, че директното измерване на вътрешността на планетите в Слънчевата система е такова предизвикателство - имаме само ограничени проби от земната мантия и нямаме достъп до мантията на Меркурий, Венера или Марс, но тук открихме планети, отдалечени на стотици светлинни години, които изпращат вътрешността си в Kосмоса и я осветяват, за да я изучаваме с нашите спектрографи“, казва Джейсън Райт, професор по астрономия и астрофизика, съавтор на изследването в Пенсилвания и научен ръководител на докторантката Тусай.

„Това е забележителна и случайна възможност да разберем вътрешността на земните планети“, добави той.

Докато TESS откри разпадащата се планета в предишната статия, Kepler откри тази планета по време на продължителната си мисия K2. Тази планета обикаля около своята звезда М-джудже само за 9,1 часа. Доказателство за нейната опашка е променливостта на светлинната ѝ крива. „Драматичната променливост в дълбочината на транзита на светлинната крива (0-1,3%), съчетана с асиметричната форма на транзита, предполага, че наблюдаваме преходен облак от прах, сублимиращ от повърхността на иначе невидима планета“, се казва в статията на MIT.

Според авторите това може да е първият случай, в който наблюдаваме изпускане на газове от изпаряваща се планета.

„Характеристиките с по-къса дължина на вълната на MIRI ... могат да представляват първите преки наблюдения на газови характеристики от изпаряваща се планета“, се посочва в статията.

„Неочаквано, моделите, които най-добре отговарят на тези измервания, изглежда са с произход от леда (NO и CO2)“, пишат авторите. Въпреки че спектърът като цяло съответства на скалисто тяло, наличието на NO и CO2 е малко странно. Тези материали приличат повече на ледени тела като комети, отколкото на скалисти планети.

„Всъщност това беше нещо като момент „кой го е поръчал?“, каза Тусей за откриването на ледените характеристики. Поради тази причина изследователите нямат търпение да насочат отново JWST към планетата, за да получат повече и по-добри данни. Множество пътища могат да доведат до тези резултати и само по-добрите данни могат да помогнат на астрономите да определят какво се случва.

Въпреки че сме в началото на наблюдението на планети като тази, учените все още имат някои очаквания. Тези резултати опровергават тези очаквания, тъй като мнозина очакваха да открият само остатъци от желязното ядро на тези USP.

„Не знаехме какво да очакваме“, казва Райт, който е и съавтор на по-ранно проучване за това как да се използва JWST за изследване на тези екзопланетни опашки.

„Надявахме се, че те все още могат да имат своите мантии или потенциално дори материал от кората, който се е изпарявал. Средноинфрачервеният спектрограф MIRI на JWST беше идеалният инструмент за проверка, тъй като материалите от кората, силикатната мантия и желязното ядро ще предават светлина по различни начини, които JWST може да разграничи спектроскопски“, добави Райт.

След това двата екипа учени се надяват да насочат JWST към BD+05 4868 Ab от изследването на MIT. Нейната звезда е много по-ярка от другите звезди, за които е известно, че са домакини на разпадащи се USP. Яркият източник на светлина улеснява много JWST да получи по-силни резултати.

„Това, което също е изключително вълнуващо за BD+05 4868 Ab, е, че тя има най-ярката звезда-домакин от останалите разпадащи се планети - около 100 пъти по-ярка от К2-22 - което я превръща в еталон за бъдещи изследвания на разпадащи се такива системи“, казва Ави Шпорер, научен сътрудник в Института за астрофизика и космически изследвания „Кавли“ на Масачузетския технологичен институт и съавтор на проекта на Масачузетския технологичен институт.

„Преди нашето изследване другите три известни разпадащи се планети бяха около слаби звезди, което ги правеше трудни за изследване“, добави той.

Когато JWST беше изстрелян, той нямаше за цел да наблюдава разпадащи се екзопланети. Но това изследване показва нов начин за използване на мощния телескоп. Подобни изненади са част от всеки нов телескоп или наблюдение и изследователите често ги очакват с нетърпение.

„Качеството на данните, които би трябвало да получим от BD+05 4868 A, ще бъде превъзходно. Тези изследвания доказаха валидността на този подход за разбиране на екзопланетните интериори и отвориха вратата към изцяло нова линия на изследвания с JWST“, казва Шпорер. 

Не пропускайте най-важните новини - последвайте ни в Google News Showcase