Суперземля Куа’куа, або LHS 3844b, за півсотні світлових років від нас стала першою планетою, що перебуває в підтвердженому приливному захопленні із зіркою. Це вдалося з’ясувати завдяки тому, що у планети немає атмосфери.
Вважається, що екзопланети, які літають близько до своєї зірки, перебувають у приливному захопленні, тобто один їхній бік завжди звернений до зірки, як у Місяця – до Землі. Така синхронізація відбувається через гравітаційну взаємодію двох тіл. Але в системі не завжди є лише два тіла. На обертання планети впливає і її внутрішня структура: наприклад, магма біля ядра або інший рідкий шар, а також атмосфера або океан, якщо такі є. Ба більше, не завжди обертання виходить “чистим” синхронним, нерідко виникає резонанс.
Незважаючи на безліч факторів, моделювання показало, що планети на кругових орбітах завжди виходять на синхронне обертання. Проблема в тому, що наші інструменти не дають змоги настільки точно виміряти ексцентриситет орбіти, а навіть за значення e = 0.001 – 0.01 екзопланета вже може підтримувати резонанс. Тому вчені намагаються визначити приливне захоплення за непрямими ознаками. Наприклад, за тим, як планета нагрівається по всій своїй орбіті – за її фазовою тепловою кривою.
Найпростіше аналізувати цю криву у “голих” екзопланет без атмосфери або океану. Їх нагрівання залежить лише від обертання, орбіти, властивостей поверхні або потенційного приливного розігріву. Оцінити їх набагато простіше, ніж вплив потенційної “погоди” на газових гігантах.
Саме тому для перевірки приливного захоплення міжнародна група астрофізиків обрала Куа’куа, або LHS 3844b. Це невелика (1,32 радіуса Землі) екзопланета літає біля червоного карлика за 48,5 світлового року від нас. Її орбітальний період – лише 11,1 години. Згідно зі спостереженнями і спектральним аналізом, її нічний бік зовсім холодний, майже немає ні водню, ні води, а отже, немає і щільної атмосфери. Ба більше, судячи з фазової теплової кривої, у Куа’куа майже кругова орбіта.
Автори нового дослідження, опублікованого в журналі The Astrophysical Journal, побудували теплову комп’ютерну модель Куа’куа і зіставили результати з даними спостережень космічного телескопа “Спітцер”. На відміну від попередніх досліджень цієї екзопланети, вчені аналізували всю фазову теплову криву, а не тільки її частину.
Зліва: випромінювання денного боку Куа’куа за даними спостережень (червона лінія) порівняно зі сценаріями, коли планета перебуває в резонансі, як Меркурій (зелена пряма), і в псевдосинхронізації (синя крива). Праворуч: фазова крива Куа’куа за різного обертання і різних характеристик поверхні (зверху базальт, знизу реголіт). Чорні точки – дані спостережень. Синя лінія – сценарій приливного захоплення / © Lyu et al, The Astrophysical Journal, 2024
Моделювання показало, що резонансне обертання 3:2, як у Меркурія із Сонцем, розігрівало б Куа’куа приливними силами набагато сильніше, ніж ми бачимо за даними “Спітцера”. Відсутність ознак сильного приливного розігріву також вказує на маленький ексцентриситет орбіти екзопланети, менше 0,001. Тобто, якщо планета і обертається навколо своєї осі, то настільки повільно, що, по суті, перебуває в приливному захопленні.
У поверхні Куа’куа дуже низьке альбедо, тобто відбивна здатність. Раніше вчені думали, що причина в базальтовій кірці. Нове моделювання показало, що такий сценарій не підходить. Фазову теплову криву екзопланети найкраще пояснюють космічним вивітрюванням (тобто Куа’куа вкрита шаром реголіту) або невеликим приливним розігрівом від взаємодії з гіпотетичною ще однією планетою. За оцінкою авторів дослідження, без наявності ще однієї планети за такого приливного впливу зірки Куа’куа вийшла б на кругову орбіту всього за 530 років.
Оскільки другий сценарій вимагає прийняття припущення про існування ще однієї планети, автори нової роботи віддали перевагу версії про реголітову поверхню, хоча тільки за даними це підтвердити поки неможливо.
За точнішими вимірюваннями кутової швидкості можна буде точніше визначити ексцентриситет орбіти Куа’куа і тим самим спростувати гіпотезу про вплив ще однієї планети. Космічний телескоп “Джеймс Вебб” теоретично може розгледіти в спектрі космічне вивітрювання. Також висновки авторів нової роботи можна буде перевірити на більш точній фазовій тепловій кривій, яку дадуть змогу отримати майбутні спостереження.