Кам’яниста екзопланета TOI-561 b, розташована приблизно за 280 світлових років від Землі, виявилася набагато дивнішою, ніж очікували астрономи. Нові спостереження за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба свідчать, що цей розпечений лавовий світ зберіг товсту атмосферу, хоча умови навколо нього мали б знищити її ще мільярди років тому. За даними дослідження, планета відбиває близько 75% світла своєї зорі, ймовірно завдяки яскравим мінеральним хмарам, які працюють як гігантський «сонцезахисний крем».
Про результати повідомила міжнародна команда дослідників, до якої входить астрофізикиня доктор Анжалі П’єтте (Anjali Piette) з Університету Бірмінгема. Опис відкриття подано в журналі The Astronomical Journal, а короткий виклад оприлюднив ресурс ScienceDaily.
Як Вебб спостерігав за надгарячою суперземлею
TOI-561 b — це кам’яниста екзопланета, яка обертається навколо своєї зорі настільки близько, що її поверхня, за оцінками, вкрита глобальним океаном розплавленої породи. За допомогою телескопа Джеймса Вебба (JWST) вчені стежили за планетою протягом 37 годин, зафіксувавши майже чотири повні оберти навколо зорі.
Аналіз цих спостережень показав, що TOI-561 b, попри екстремальну температуру та потужне випромінювання, ймовірно має значну атмосферу. Вона надто ворожа для будь-якого відомого нам життя, але відіграє ключову роль у тому, як планета взаємодіє зі світлом і теплом своєї зорі.
Одна з головних ознак цієї атмосфери — здатність відбивати більшу частину випромінювання, що падає на планету. Моделі вказують, що над океаном магми може існувати шар дуже яскравих силікатних хмар, які не дають поверхні розжаритися до ще вищих температур.
Крім того, атмосфера, за даними дослідників, переносить тепло з постійно освітленого денного боку на нічний, що додатково знижує температуру на стороні, зверненій до зорі.
Атмосфера, яка мала б зникнути
Попри нові дані, точний склад атмосфери TOI-561 b залишається невідомим. Одна з гіпотез — це товстий шар вуглекислого газу, подібний до атмосфери Венери, але за ще вищих температур. Інша можливість — атмосфера, багата на діоксид сірки, подібно до газів, що вивільняються під час вулканізму на супутнику Юпітера Іо.
Доктор Анжалі П’єтте, доцентка астрономії в Університеті Бірмінгема, зазначає, що ці результати суперечать чинним теоріям. Для сильно опроміненої кам’янистої планети на кшталт TOI-561 b очікували повну втрату атмосфери ще мільярди років тому. Натомість спостереження свідчать, що значний шар газів зберігається й сьогодні.
Це ставить перед наукою нові запитання: чи могла планета спочатку мати надзвичайно великий запас газів, чи її океан розплавленої породи діє як планетарний вулкан, постійно поповнюючи атмосферу новими викидами?
Чому планета така яскрава
Ще до нових спостережень TOI-561 b дивувала астрономів. Вимірювання показували, що її денна сторона холодніша, ніж очікували для темної кам’янистої планети, яка обертається так близько до зорі. Це означало, що частина енергії або переноситься на нічний бік, або відбивається назад у космос до того, як нагріє поверхню.
Щоб розібратися, команда простежила зміну яскравості планети протягом повної орбіти, вперше детально дослідивши її нічний бік. Оскільки TOI-561 b завжди повернута до зорі одним боком, її нічна півкуля не отримує прямого світла. Вимірювання показали, що нічний бік недостатньо теплий, аби пояснити всю «зниклу» енергію.
Замість цього результати вказують, що TOI-561 b відбиває приблизно три чверті світла, яке до неї доходить, — це значення порівнюване з відбивною здатністю Венери. Щоб з’ясувати, що може створювати таку яскравість, дослідники зіставили дані Вебба з комп’ютерними моделями клімату планети.
Симуляції показали, що над денним боком можуть утворюватися хмари з силікатних мінералів, зокрема діоксиду кремнію (SiO2) та магнієвого силікату (MgSiO3). Якщо такі хмари справді існують, вони відбивають значну частину випромінювання ще до того, як воно досягає поверхні, фактично виконуючи роль природного «сонцезахисного екрана».
Керівниця проєкту професорка Ліза Данг (Lisa Dang) з Університету Ватерлу в Канаді пояснює, що команда вимірювала, як змінюються яскравість і тепло планети протягом орбіти. Цей метод, відомий як фазова крива, показав, що планета відбиває значну частину світла своєї зорі, а тепло розподіляється по всій поверхні, а не залишається лише на денному боці. Разом ці ознаки вказують на наявність атмосфери.
Чи живить атмосферу океан магми
Нові результати підсилюють попередні свідчення, зібрані командою професорки Лізи Данг, докторки Анжалі П’єтте та їхніх колег, що TOI-561 b має товсту атмосферу, яку, можливо, постійно поповнюють гази з її розплавленого надр.
Якщо глобальний океан лави справді діє як гігантське джерело газів, це може пояснити, як планета зуміла зберегти атмосферу, незважаючи на мільярди років інтенсивного опромінення. Замість того щоб просто втрачати газ у космос, TOI-561 b може постійно поповнювати його запас за рахунок викидів із магматичного океану.
Тепер дослідники прагнуть з’ясувати, на що більше схожа ця планета — на надзвичайно гарячу версію Венери чи на ще екстремальніший аналог вулканічного супутника Іо. Додаткові спостереження за допомогою JWST на довших хвилях можуть розкрити хімічний склад атмосфери та допомогти зрозуміти, як такій гарячій планеті вдалося зберегти газову оболонку протягом мільярдів років.