Издание Eos сообщает, что TOI-561 b – это экзопланета размером с Землю, которая вращается вокруг своей звезды по орбите с более чем в 30 раз меньшим радиусом, чем орбита Меркурия.

Несмотря на то, что TOI-561 b подверглась настолько сильному радиационному облучению, что ее каменистая поверхность, вероятно, расплавилась, ученые считают, что она, по-видимому, все еще сохраняет плотную атмосферу. Открытие, о котором сообщается в журнале The Astrophysical Journal Letters, показывает, что даже сильно облученные планеты, атмосферы которых должны были быть разрушены давным-давно, могут оставаться окутанными газом в течение миллиардов лет.

В созвездии Секстанта есть звезда, в которой находится миниатюрная солнечная система: TOI-561 примерно вдвое старше Солнца и имеет четыре планеты. И самая внутренняя из этих планет, известная как TOI-561 b, удостоена особой чести быть так называемой ультракороткопериодической экзопланетой. Это мир, который вращается вокруг своей звезды за 1 день или меньше.

Ультракороткопериодические экзопланеты встречаются редко — известно лишь несколько десятков — и они экстремальны: они вращаются настолько близко к своим звездам, что температура на их дневной стороне обычно превышает точку плавления породы, что заставило исследователей назвать их «лавовыми мирами». Ультракороткопериодические экзопланеты также являются планетами в путешествии — считается, что они сформировались дальше от своих звезд и со временем мигрировали внутрь.

Многие из наблюдавшихся на сегодняшний день экзопланет со сверхкороткими периодами обращения не имеют атмосферы. «Это логично», – сказал Рафаэль Луке (Rafael Luque), астрофизик из Института астрофизики Андалусии в Гранаде, Испания. По его словам, эти экстремальные миры буквально сжигаются своими звездами-хозяевами. «Мы не ожидаем, что атмосфера там сможет выжить», – добавил он.

В то же время более ранние наблюдения позволили определить как размер , так и массу TOI-561 b. В совокупности эти данные указывают на аномально низкую плотность планеты, примерно 4,3 грамма на кубический сантиметр (для сравнения, средняя плотность Земли составляет около 5,5 грамма на кубический сантиметр).

Существует несколько объяснений этому результату, сказала Николь Уоллак (Nicole Wallack), астроном из Института Карнеги в Вашингтоне и член исследовательской группы. Например, у TOI-561 b может отсутствовать железное ядро. Но более вероятный сценарий заключается в том, что это раздутая планета, которая кажется больше и, следовательно, менее плотной, чем она есть на самом деле, сказала Уоллак.

«И наиболее логичной причиной раздутой экзопланеты является плотная атмосфера», — объяснила она. «У нее может быть атмосфера, которая создает впечатление большего радиуса планеты».

Чтобы проверить эту идею, Уоллак и ее коллеги под руководством астронома из Института Карнеги-Сайнс Джоанны Теске (Johanna Teske) наблюдали TOI-561 b и его звезду-хозяина с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба. Исследователи получили данные в ближнем инфракрасном диапазоне за четыре витка планеты, каждый из которых длился всего около 11 часов.

В этом новом исследовании команда сосредоточилась на данных, собранных во время так называемого вторичного затмения. Это происходит, когда планета проходит за своей звездой, если смотреть на нее из телескопа. Сравнивая наблюдения, записанные, когда видны и звезда, и планета, с наблюдениями, записанными, когда видна только звезда, можно точно определить сигнал от планеты, — сказала г-жа Уоллак. Для TOI-561 b команда разделила сигнал от планеты на семь диапазонов длин волн в ближнем инфракрасном диапазоне и изучила распределение света в зависимости от длины волны.

Это исследование позволило команде оценить приблизительную температуру экзопланеты TOI-561 b: около 1700–2200 градусов Кельвина. Это значительно ниже, чем примерно 3000 градусов Кельвина, ожидаемые на основе температуры звезды и расстояния TOI-561 b от нее. «Планета, по-видимому, холоднее, чем мы ожидали», — добавила Уоллак.

Теске и ее коллеги предположили, что наилучшим объяснением этого несоответствия является наличие атмосферы. Наличие атмосферы позволило бы перераспределять тепло от более теплой дневной стороны планеты к более холодной ночной. Этот процесс распределения тепла гораздо эффективнее, чем использование для этого горных пород, сказал Уоллак. «Атмосферы гораздо лучше, чем твердые породы, переносят тепло», – заявили ученые.

К слову, TOI-561 b не является полным исключением с точки зрения наличия атмосферы. Считается, что несколько других экзопланет со сверхкороткими периодами обращения, таких как 55 Cancri e, окутаны газом.

После анализа наблюдений телескопа «Уэбб» исследователи смоделировали сигналы, которые можно было бы ожидать от атмосферы, содержащей различное количество молекул, таких как вода, углекислый газ и оксид углерода. Пока сделать этого не удалось. И хотя состав атмосферы TOI-561 b до сих пор точно не установлен, есть веские доказательства ее существования, заявил Майкл Чжан (Michael Zhang), астроном из Чикагского университета. «Я считаю, что атмосфера существует», – сказал он.

И эта атмосфера, скорее всего, состоит из вещества, выделившегося из расплавленной поверхности TOI-561 b. Этот вывод может послужить основой для дальнейших логических исследований по моделированию атмосферы планеты, сказал г-н Чжан. «Вы можете проверить составы веществ, которые, как ожидается, выделяются из магматического океана», – добавил он.

Изображение: экзопланета, by NASA Hubble Space Telescope on Unsplash