Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 24.09.2018

Scroll to top

Top

Нет комментариев

В ультрагорячих Юпитерах вода способно перерождаться после разрушения

В ультрагорячих Юпитерах вода способно перерождаться после разрушения
shortstoryf

Вообразите себе место, в котором прогноз погоды всегда один и тот же: палящая температура, постоянно солнечно и абсолютно нулевой шанс выпадения дождя. Именно такой сценарий широко распространён на дневной стороне особого типа планет, которые были найдены за пределами нашей Солнечной системы. Их называют горячими Юпитерами, эти планеты вращаются чрезвычайно близко от своей звезды, а одна их сторона постоянно подвергается звёздному облучению.

Здесь учёных озадачивает один вопрос: почему водяной пар отсутствует в атмосферах этих горячих миров и широко распространён у подобных, но немного более холодных планетах. Недавние наблюдения за ультрагорячим Юпитером с помощью космических обсерваторий «Спитцер» и «Хаббл», в конгломерате с компьютерными моделями, послужили своеобразным трамплином для нового теоретического исследования, которое, возможно, разгадало эту тайну.

Согласно новому исследованию, ультрагорячие Юпитеры действительно обладают всеми компонентами для существования воды (водород и кислород). Но из-за сильного облучения на дневной стороне планеты, температуры там такие сильные, что молекулы воды полностью разрушаются.

WASP-121b
Здесь показана симуляция экзопланеты WASP-121b, то есть представление о том, на что будет она похожа, если смотреть на неё человеческим глазом с пяти различных точек обзора. Эти изображения были созданы посредством компьютерной модели, которая и позволила учёным понять свойства этих ультрагорячих планет. Источник: NASA/JPL-Caltech/Vivien Parmentier/Aix-Marseille University (AMU)

«Дневные стороны этих планет — печи, которые больше походят на атмосферу звезды, нежели планеты. Таким образом, ультрагорячие Юпитеры несколько размывают наше понимание о том, на что должны быть похожи планеты», — Вивьен Парментир, астрофизик из Университета Экс-Марсель во Франции, ведущий автор нового исследования.

Ясно, что «Спитцер» и «Хаббл» могут собрать информацию только о тех сторонах этих планет, которые повёрнуты к звезде, ночные стороны с помощью современных телескопов исследовать сложно. В рамках новой работы была предложена модель того, что могло бы происходить и на освещённых, и на тёмных сторонах этих планет. Модель в основном опирается на наблюдения и анализ ультрагорячего Юпитера, известного как WASP-121b, а также на три недавно опубликованные исследования ультрагорячих Юпитеров WASP-103b и HAT-P-7b. Новое исследование предполагает, что мощные ветры могут унести разрушенные молекулы воды на ночную сторону планеты. Там они остывают и повторно образуются, формируя облачный покров. Эти облака начинают дрейфовать на дневную сторону, где снова разрушаются.

Вода не единственная молекула, которая может подвергнуться циклу химического перевоплощения на этих планетах. Ещё раньше телескоп «Хаббл» обнаружил облака на границе дневной и ночной стороны, на которой температура уже спадает. Здесь были обнаружены оксиды титана и алюминия, которые, возможно, также переродились, как и вода. Эти молекулы также могли сформировать облака и проливаться дождём из жидких металлов.

Звёздно-планетные гибриды

Среди постоянно растущего каталог внесолнечных планет (то есть экзопланет), ультрагорячие Юпитеры уже в течение последнего десятилетия выделяются в отдельный класс. Эти планеты располагаются на таких орбитах, радиус которых меньше, чем радиус орбиты Меркурия в нашей Солнечной системе. Под действием приливных сил горячие Юпитеры повёрнуты к своим звёздам всегда одной стороной, как Луна показывает Земле всегда свою одну сторону. В результате этого дневные стороны этих экзопланет бесконечно жарятся под воздействием сильной температуры. А, тем временем, их обратные стороны находятся в состоянии бесконечной ночи. Температура на горячей поверхности может достигать 2000-3000 градусов Цельсия, что делает их одними из самых горячих планет в истории. Температура ночной стороны достигает 1000 градусов Цельсия, это достаточно «холодно», чтобы вода могла переродиться и вместе с другими молекулами объединиться в облака.

Горячие Юпитеры, родственники ультрагорячих Юпитеров, но температура их поверхности не поднимается выше 2000 градусов Цельсия. Этот класс экзопланет был наиболее распространённым в середине девяностых годов прошлого века. Как оказалось, в их атмосферах присутствует и вода. Поэтому астрономы очень удивились, когда узнали, что у их более горячих родственников воды нет и в помине. По одной гипотезе ультрагорячие Юпитеры сформировались со сверхвысокими концентрациями углерода, а не кислорода. Но, авторы нового исследования утверждают, что эта идея не может объяснить наличие следов воды, и то, что её иногда находят на линии терминатора.

Чтобы попытаться всё это осознать, исследователи взяли за пример известные физические модели атмосфера звёзд, а также «недозвёзд», известных под названием коричневых карликов, чьи свойства несколько пересекаются с горячими и ультрагорячими Юпитерами. Под эти планеты была адаптирована модель коричневого карлика, разработанная Марком Марли, одним из соавторов этой публикации и исследователя в Научно-исследовательском центре Эймса в Калифорнии. А понимание атмосфер этих горячих планет, которые ближе к ярким звёздам, чем к традиционным планетам, пришло по наблюдениям «Хаббла» и «Спитцера».

«Благодаря этим исследованиям мы переносим часть накопленного за целый век знания об астрофизике звёзд на новую область исследования атмосферы экзопланет».

Наблюдения «Спитцера» в инфракрасном диапазоне не обнаружили моноокись углерода в атмосферах ультрагорячих Юпитеров. Атомы этих газов создают чрезвычайно сильные связи, которые могут противостоять тепловому и даже радиационному воздействию на дневных сторонах этих планет. Яркость свечения углеродного газа показала, что атмосферы ультрагорячих Юпитеров имеют тенденцию к увеличению температуры на своих более низких слоях. Верификация этой температуры была ключевой для проверки результатов «Хаббла» по отсутствию воды, потому что однородная атмосфера может также маскировать подписи её молекул.

«Эти результаты являются новым примером использования «Спитцера» в области исследования экзопланет. А такие исследования никогда не были частью заявленной научной миссии. Кроме того, всегда радостно наблюдать, что в связки с двумя большими обсерваториями — «Хабблом» и «Спитцером» мы можем делать поистине захватывающие открытия», — Михаэль Вернер, главный учёный миссии «Спитцер» в Лаборатории реактивного движения НАСА.

Несмотря на то, что новая модель теперь адекватно описывает множество всевозможных ультрагорячих Юпитеров, до сих пор остаются планеты-исключения. Это говорит о том, что не всё ещё аспекты их атмосфер были поняты. Эти экзопланеты, которые не соответствуют новой теории, могут иметь экзотический химический состав или непредвиденный источник тепла и шаблоны его переноса. Предыдущие исследования утверждали, что существует намного больше количество воды в атмосфере планеты WASP-121b, чем то, которое выходит по наблюдениям, потому что большая часть сигнала от воды просто скрыта. А вот новая статья предоставляет альтернативное объяснение меньшего, чем ожидалось, количества воды. Но, как говорят исследователи, требуется провести больше экспериментов и наблюдений, чтобы лучше понимать природу этих ультрагорячих атмосфер.

Решение этой дилеммы, похоже, уже будет возложено на будущий космический телескоп «Уэбб», старт которого запланирован уже на 2021 год. Исследователи с уверенностью говорят, что эта обсерватория будет обладать достаточной мощностью, чтобы предоставить много новой информации о дневной стороне экзопланет, а также подтвердить то, что вода и другие молекулы перешли в область ночи.

«Теперь мы знаем, что ультрагорячие Юпитеры демонстрируют особое «химическое» поведение, которое существенно отличается от того, что мы наблюдаем у просто горячих экзопланет. Наши знания об атмосферах экзопланет всё ещё находятся в зачаточном состоянии, но у нас уже есть много информации, по которой мы будем учиться».

Это исследование было опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics.

По информации НАСА.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google