Космический телескоп показал, как микроскопические камешки создали... один из самых раскаленных миров в Галактике

Новое исследование показывает: микроскопические камни, которые остались после рождения звезды, стали надежным фундаментом для строительства самой странной и дикой системы, когда-либо попадавшейся на глаза земных астрофизиков.

Адская близость

Глубоко в сердце Млечного Пути, за 880 световых лет от нас, вращается мир, превосходящий самые смелые фантазии ученых. Это WASP-121b, которую астрономы предпочитают называть Тилос. А теперь представьте себе Юпитер, только 1,75 раза больше в диаметр и всего на 16% массивнее. Затем поместите гигантскую планету к желтовато-белой звезде Дильмун так близко, что полный оборот будет занимать всего 30 часов. Согласитесь, получилась адская близость.



Солнце буквально опаляет своего огромного спутника. Температура на дневной стороне Тилоса достигает умопомрачительных 2500-3000 °С. Этого вполне достаточно, чтобы испарялись железо и никель. Поэтому совершенно неудивительно, что атмосфера этой планеты — кипящий бульон из самых необычных газов.

Но самая поразительная сенсация появилась благодаря космическому телескопу James Webb (JWST). Оказалось, что воздух планеты заполнен облаками из расплавленных горных пород! Впервые в истории науки ученые зафиксировали присутствие молекул оксида кремния (SiO) в атмосфере другой планеты, об этом сообщили еще в 2022 году.

Тилос — это классический «горячий Юпитер». Эти таинственные газовые гиганты, тесно прижавшиеся к собственным звездам, давно тревожат воображение астрономов. Дело в том, что великаны никак не могли появиться на свет там, где находятся в данный момент. Научные расчеты неоднократно показывали: излучение и звездные ветры вблизи светила просто не позволили бы газу собраться в планету. Получается, они сформировались гораздо глубже в космосе, а затем мигрировали в раскаленные объятья звезды. Но как? И откуда конкретно они начали свой путь? И Тилос, один из самых изученных миров за пределами Солнечной системы, наконец-то стал давать ответы на эти непростые вопросы.

История одного гиганта

Выяснилось, что ключ к разгадке происхождения Тилоса скрывался в соотношении элементов, находящихся в атмосфере газового гиганта. Ключевая роль при этом принадлежала оксиду кремния.


— Томас Эванс-Сома, астроном из университета Ньюкасла в Австралии, руководитель исследования, которое проводилось с помощью JWST.

Как рождаются планеты? Звезда Дильмун, как и наше Солнце, начала жизнь в колыбели из плотного молекулярного газа. Этот газ, вращаясь, сформировал протопланетный диск. Материал из диска падал на зарождающуюся звезду, питая ее рост. Когда Дильмун набрал силу, его мощные ветра отогнали остатки газа, оставив диск, наполненный мельчайшими пылинками и льдом. Эти «строительные блоки» сталкивались, слипались, постепенно наращивая массу до размеров планет — каменистых близко к звезде и газовых гигантов дальше.



Однако существует критическая граница, так называемая линия льда. Это расстояние от звезды, где температура падает настолько, что летучие вещества (вода, метан, аммиак, углекислый газ) могут существовать в виде льда. Ближе к звезде — только каменистая пыль и металлы, дальше — лед присоединяется к стройматериалам, позволяя формироваться массивным ядрам, способным притянуть огромные газовые оболочки. Именно так родился наш Юпитер.

Анализируя соотношение углерода, кислорода и кремния в атмосфере Тилоса, команда Эванса-Сомы сделала вывод: планета сформировалась за пределами критической линии по льду, но внутри критической линии по метану. То есть стройматериалами была замерзшая вода, каменистая пыль и металлы, но метан при этом существовал в газообразной форме.

В нашей Солнечной системе такое расстояние соответствует орбите где-то между Юпитером и Ураном. Однако Дильмун горячее Солнца! Следовательно, его линия льда находится значительно дальше. Это указывает на то, что Тилос родился на огромном удалении от звезды, возможно, в десятки раз дальше, чем его нынешняя орбита. Затем, в результате сложных гравитационных взаимодействий в молодой системе, он начал долгое и опасное путешествие внутрь, к своей раскаленной звезде. Эта миграция — одно из самых убедительных доказательств того, как горячие Юпитеры добираются до своих адских орбит.

Ночные тайны и невероятные ураганы

Однако Тилос приготовил ученым еще одну головоломку. JWST обнаружил значительное количество метана (CH4) на ночной стороне планеты, которая вечно отвернута от палящего Дильмуна. Это само по себе не удивительно: метан крайне нестабилен при высоких температурах и быстро разрушается на дневной стороне.



Проблема в другом. По существующим моделям атмосферной циркуляции горячих Юпитеров, ветра, дующие с раскаленной дневной стороны на холодную ночную, должны были бы «сдуть» метан на большие глубины атмосферы. И в телескопы его уже было бы не видно.

Однако метан там есть, и его очень-очень много! Это говорит о том, что на ночной стороне Тилоса господствуют гигантские восходящие потоки (апвеллинги). Они буквально выкачивают метан из глубоких, более прохладных слоев атмосферы вверх, в наблюдаемую область.


— Эванс-Сома.