Горячие юпитеры - газовые гиганты, которые вращаются вокруг своих звезд по чрезвычайно узким орбитам - стали несколько менее загадочными благодаря новым исследованиям, сочетающим теоретическое моделирование с наблюдениями с космического телескопа «Хаббла».
В то время как предыдущие исследования были сосредоточены в основном на отдельных мирах, классифицируемых как «горячие юпитеры» из-за их внешнего сходства с газовым гигантом в нашей Солнечной системе, новое исследование - первое, в котором рассматривается более широкая популяция этих странных миров. Исследование, опубликованное в Nature Astronomy, предоставляет астрономам беспрецедентный «путиводный справочник» по горячим юпитерам и дает представление о формировании планет в целом.
Хотя астрономы считают, что только у 1 из 10 звезд есть экзопланеты класса горячий юпитер, эти своеобразные планеты составляют значительную часть экзопланет, открытых к настоящему времени, из-за того, что они больше и ярче, чем другие типы экзопланет, такие, как скалистые, более похожие на Землю планеты или меньшие, более прохладные газообразные планеты. Все горячие юпитеры, размером от Юпитера до 10 масс Юпитера, вращаются вокруг своих звезд очень близко, обычно намного ближе, чем Меркурий находится вокруг Солнца. «Год» на типичном горячем юпитере длится часы или, самое большее, несколько дней. Для сравнения, Меркурию требуется почти три месяца, чтобы сделать оборот вокруг Солнца.
Из-за их узких орбит большинство горячих юпитеров всегда обращены к своим звездам одной и той же стороной. Одна сторона вечно подвержена сильному звездному излучению, а другая окутана вечной тьмой. Поверхность типичного горячего юпитера может нагреваться почти до 2800 ° C. Даже самые холодные из них могут быть разогреты до 760 ° C - этого достаточно, чтобы плавить алюминий.
В исследовании использовались наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа «Хаббл», что позволило команде напрямую измерить спектры излучения горячих юпитеров, несмотря на то, что данный телескоп не может напрямую сфотографировать ни одну из этих планет.
Меган Мэнсфилд, научный сотрудник NASA Sagan в Стюард-обсерватории Аризонского университета, и ее команда использовали метод, известный как вторичное затмение, для извлечения информации из наблюдений, которая позволила им заглянуть вглубь атмосферы планет и получить представление об их структуре и химическом составе. Техника включает в себя наблюдение одной и той же системы несколько раз, чтобы запечатлеть планеты в разных местах своих орбит, в том числе когда они прячутся за звездой.
Данные о затмении предоставили исследователям представление о термической структуре атмосферы горячего юпитера и позволили им построить индивидуальные профили температуры и давления для каждого из них. Затем команда проанализировала ближний инфракрасный свет, длина волны которого находится за пределами видимого диапазона человека, от каждой системы с горячим Юпитером для так называемой абсорбционной характеристики. Поскольку каждая молекула или атом имеет свой собственный профиль поглощения, как отпечаток пальца, изучение разных длин волн позволяет исследователям получить информацию о химическом составе горячих юпитеров. Например, если в атмосфере планеты есть вода, она будет поглощать 1,4 микрона света, что находится в диапазоне длин волн, который «Хаббл» может очень хорошо видеть.
Команда количественно оценила данные наблюдений и сравнила их с моделями физических процессов, которые, как полагают, происходят в атмосферах горячего юпитера. По словам Мэнсфилда, эти два набора данных очень хорошо сочетаются друг с другом, подтверждая, что многие предсказания о природе планет, основанные на теоретической работе, кажутся верными.
Результаты показывают, что все горячие юпитеры, а не только 19 включенных в исследование, вероятно, содержат аналогичные наборы молекул, таких как вода и окись углерода, а также меньшее количество других молекул. Различия между отдельными планетами в основном заключаются в разном относительном количестве этих частиц. Исследование также показало, что наблюдаемые характеристики водопоглощения незначительно отличаются от планеты к планете.
По словам авторов исследования, эти результаты могут быть использованы для определения ожиданий астрономов в отношении того, что они смогут увидеть, глядя на горячий юпитер, который ранее не изучался. Запуск космического телескопа «Джеймс Уэбб», запланированный на 18 декабря 2021 года, интересен для охотников за экзопланетами, потому что он может наблюдать в гораздо более широком инфракрасном диапазоне и позволит более подробно рассмотреть экзопланеты, включая горячие юпитеры.