Астрономия

Одна из самых необычных планет за пределами Солнечной системы — ультрагорячий юпитер WASP-121 b — находится так близко к родной звезде, что ее атмосфера буквально «испаряется»: потоки гелия утекают в космос, образуя гигантский шлейф. Впервые проследить непрерывный поток гелия, охватывающего более половины орбиты планеты, удалось с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб».

Расположенный на расстоянии около 850 световых лет от Земли ультрагорячий юпитер WASP-121 b обращается вокруг родительской звезды всего за 30,5 часов. Одна из сторон экзопланеты всегда повернута к светилу, из-за чего температура ее поверхности может достигать трех тысяч градусов Цельсия. Поскольку WASP-121 b обитает практически на границе полости Роша (где гравитация светила сильнее притяжения планеты), то может скоро разрушиться из-за приливных сил желто-белого карлика WASP-121.

Столь экстремальные условия сильно нагревают атмосферу этого мира: высокие температуры на его дневной стороне расплавляют даже самые тугоплавкие металлы. Исследователи полагают, что на ночной стороне могут идти дожди из расплавленного железа — металл, испаренный на дневной стороне, конденсируется при охлаждении, когда переносится потоками ветра.

С 26 по 28 октября 2023 года международная группа астрономов наблюдала за этим ультрагорячим юпитером с помощью инфракрасного спектрографа NIRISS, установленного на борту «Уэбба». За 36,9 часов исследователи получили данные 3452 измерений, охватывающих два вторичных затмения и один полный транзит планеты перед диском звезды. Такой объем данных позволил составить первую на сегодняшний день «фазовую кривую» утечки гелия на протяжении полного обращения WASP-121 b вокруг светила.

Результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature Communications, показали, что утечка газа не ограничивалась окрестностями планеты, а сформировала два огромных шлейфа — основной и «хвостовой». По оценкам, направленный к светилу основной поток двигался со скоростью около 90 километров в секунду, в то время как давление звездного излучения выталкивало «хвост», который тянулся за экзопланетой на расстояние, превышающее 0,1 астрономическую единицу.

Всего исследователи выделили три основных фазы утечки гелия — ведущую, транзитную и хвостовую. Первая начиналась примерно за шесть часов до транзита. Во время второй наблюдалось рекордное поглощение света, а во время третьей — продолжающийся «побег» гелия после выхода WASP-121 b из транзита.

Таким образом астрономы подтвердили, что ультрагорячий юпитер теряет атмосферу не в результате оттока отдельных частиц, а из-за сильных порывов ветра, движущихся под действием приливных сил и излучения звезды. Столь мощный отток может уносить не только гелий, но и такие тяжелые элементы, как натрий, железо и ионы металлов, что со временем может привести к изменению состава и эволюции подобных миров.

Поскольку ни одна современная модель не может воспроизвести структуру потока, уточнить расчеты и подтвердить данные наблюдений помогут дальнейшие исследования. Авторы статьи отметили, что WASP-121 b — первая экзопланета, для которой удалось зафиксировать столь протяженную утечку гелия (около 54% всей орбиты). У других известных объектов, например, HAT-P-32 b, GJ 3470 b или GJ 436 b гелиевые хвосты занимают не более 20-30% орбитального пути.