Молодая планета кружит вокруг раздражительной красной карликовой звезды и неожиданно меняет свои характеристики от одной орбиты к другой. Она находится настолько близко к своей родительской звезде, что постоянно подвергается сильному потоку энергии, который испаряет ее атмосферу из водорода, заставляя планету "выдыхать" в пространство.
Но во время одной орбиты, наблюдаемой с помощью космического телескопа Hubble НАСА, планета выглядела так, будто она вообще не теряет свой материал, в то время как на следующей орбите, наблюдаемой с помощью Hubble полтора года спустя, были явные признаки потери атмосферы.
Это крайне переменчивое поведение между орбитами ошеломило астрономов.
"Мы никогда не видели, чтобы утечка атмосферы полностью не обнаруживалась, а затем становилась очень заметной за такой короткий период, когда планета проходит перед своей звездой", - сказала Кигли Рокклифф из колледжа Дартмут в Гановере, Нью-Гэмпшир. "Мы действительно ожидали чего-то очень предсказуемого и повторяемого. Но оказалось, что это странно. Когда я впервые увидела это, я подумала, 'Это не может быть правдой.'
Рокклифф также была в замешательстве от того, что когда атмосфера планеты становилась заметной, она раздувалась, словно фара быстрого поезда.
"Это действительно странное наблюдение - своего рода проверка на прочность для моделирования и физики, касающейся эволюции планет. Это наблюдение настолько интересно, потому что мы имеем возможность исследовать взаимодействие между звездой и планетой, которое находится в самой крайней точке", - сказала она.
Находящаяся на расстоянии 32 световых лет от Земли, родительская звезда AU Microscopii (AU Mic) является одной из самых молодых когда-либо наблюдавшихся звездных систем. Звезде менее 100 миллионов лет (крошечная доля возраста нашего Солнца, которому 4,6 миллиарда лет). Самая внутренняя планета, AU Mic b, имеет период обращения 8,46 дней и находится всего в 6 миллионах миль от звезды (примерно в 1/10 от расстояния между планетой Меркурий и нашим Солнцем). Этот раздутый, газообразный мир примерно в четыре раза больше по диаметру, чем Земля.
AU Mic b была обнаружена в 2020 году космическими телескопами Spitzer и TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) НАСА. Она была замечена методом транзита, что означает, что телескопы могут наблюдать слабое падение яркости звезды, когда планета пересекает ее передний план.
Красные карлики, такие как AU Microscopii, являются наиболее многочисленными звездами в нашей Галактике Млечный Путь. Следовательно, они должны быть хозяевами большинства планет в нашей галактике. Но могут ли планеты, вращающиеся вокруг красных карликов, подходить для жизни? Основной проблемой является то, что молодые красные карлики испускают огромные звездные вспышки, выбрасывая разрушительное излучение. Этот период высокой активности длится намного дольше, чем у звезд, подобных нашему Солнцу.
Вспышки питаются интенсивными магнитными полями, которые запутываются из-за бурных движений в атмосфере звезды. Когда запутывание становится слишком интенсивным, поля ломаются и переподключаются, высвобождая огромное количество энергии, которая в 100 до 1000 раз более мощная, чем та, что излучается нашим Солнцем во время его вспышек. Это яркое событие, включающее порывистые ветры, вспышки и рентгеновское излучение, наносит удар по планетам, вращающимся близко к звезде. "Таким образом, создается действительно неограниченная и, честно говоря, страшная среда звездного ветра, которая воздействует на атмосферу планеты", - говорит Рокклифф.
В таких бурных условиях планеты, формирующиеся в первые 100 миллионов лет после рождения звезды, должны испытывать наибольшее количество потери атмосферы. Это может полностью лишить планету ее атмосферы.
"Мы хотим выяснить, какие типы планет могут выжить в таких условиях. Какими они станут, когда звезда успокоится? И будет ли хоть какая-то вероятность обитаемости в конечном итоге, или они окажутся обгоревшими планетами?" - говорит Рокклифф. "Могут ли они в конечном итоге потерять большую часть своих атмосфер, а выжившие ядра станут супер-Землями? Мы на самом деле не знаем, как будут выглядеть эти окончательные композиции, потому что у нашей солнечной системы ничего подобного нет."
Хотя свет звезды мешает Hubble прямо видеть планету, телескоп может измерить изменения видимой яркости звезды, вызванные выходом водорода с планеты и затемнением звездного света, когда планета проходит впереди звезды. Этот атмосферный водород был нагрет до такой степени, что покинул гравитацию планеты.
Молодая планета, вращающаяся вокруг раздражительного красного карлика, меняется непредсказуемым образом от орбиты к орбите. Он так близок к своей родительской звезде, что испытывает постоянный поток энергии, который испаряет его водородную атмосферу, заставляя его отдуваться от планеты. Но во время одной орбиты, наблюдаемой с помощью космического телескопа Хаббла, планета выглядела так, будто вообще не теряла никакого материала, в то время как орбита, наблюдаемая с помощью Хаббла полтора года спустя, показала явные признаки потери атмосферы.
Авторы и права: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, ведущий продюсер: Пол Моррис.
Никогда ранее не наблюдавшиеся изменения в атмосферном истечении с AU Mic b могут указывать на быструю и экстремальную переменчивость выбросов родительской красной карликовой звезды. Такая высокая изменчивость обусловлена множеством бурлящих магнитных полей в звезде. Одно из возможных объяснений отсутствия водорода во время одного из транзитов планеты состоит в том, что мощный звездный всплеск, произошедший за семь часов до этого, мог фотоионизировать убегающий водород до такой степени, что он стал прозрачным для света и не был обнаружен.
Другое объяснение заключается в том, что сам звездный ветер формирует планетарное истечение, делая его наблюдаемым в некоторые моменты и невидимым в другие, даже вызывая «икоту» некоторой части истечения перед самой планетой. Это предсказывается в некоторых моделях, например, в моделях Джона МакКанна и Рут Мюррей-Клей из Калифорнийского университета в Санта-Круз, но это первый вид таких наблюдательных доказательств такого явления и в такой крайней степени, заявляют исследователи.
Последующие наблюдения Hubble за дополнительными транзитами AU Mic b должны предоставить дополнительные ключи к странной переменчивости звезды и планеты, что дальше проверит научные модели экзопланетарного атмосферного истечения и эволюции.
Рокклифф является главным автором научной статьи, принятой к публикации в журнале "The Astronomical Journal".
Оригинальная статья NASA: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/hubble-sees-evaporating-planet-getting-the-hiccups
