Новые данные, полученные космическим телескопом Джеймса Уэбба, свидетельствуют о том, что планета упала на свою родительскую звезду.
Когда астрономы обнаружили в 2023 году звезду, которая поглотила свою планету, они направили свои телескопы, чтобы понаблюдать за этим процессом. Но вместо этого они с удивлением обнаружили, что планета, возможно, сама разрушилась.
Примерно в 12 000 световых лет от нас в созвездии Орла произошла необычная вспышка света вокруг звезды, похожей на Солнце. Астрономы обнаружили её с помощью телескопа Zwicky Transient Facility (ZTF) в Паломарской обсерватории в Калифорнии. Внезапное усиление яркости было характерно для красной новой — вспышки, которая возникает при слиянии двух звёзд. Но, основываясь на небольшом размере звёздного выброса, астрономы того времени предположили, что звезда вместо этого слилась с планетой, масса которой примерно в 10 раз превышала массу Юпитера. Этому событию способствовало увеличение звезды в размерах по мере того, как она истощала запасы водорода.
Однако новые данные, полученные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), показывают, что звезда не могла вырасти настолько, чтобы поглотить свою планету. Вместо этого учёные предполагают, что планета упала на свою родительскую звезду, разбросав облака газа и пыли, замеченные «Джеймсом Уэббом».
Диск из обломков
Это открытие, получившее название субсветящаяся красная новая (SLRN) или ZTF SLRN-2020, стало первым в своём роде. Астрономы использовали прибор для наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне (MIRI) и спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на космическом телескопе «Джеймс Уэбб», чтобы проследить за поглощением. Благодаря повышенной чувствительности и разрешению «Джеймса Уэбба» команда обнаружила, что рассматриваемая звезда была не такой яркой, какой она была бы, если бы расширилась и превратилась в красного гиганта.
«Изначально считалось, что звезда, поглотившая планету, была более массивной, чем Солнце, а более массивные звёзды эволюционируют быстрее, — говорит Колетт Салык (Колледж Вассар), соавтор исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal. — Однако наши наблюдения показали, что звезда на самом деле менее массивная, чем Солнце, и поэтому ещё не достигла стадии красного гиганта и не увеличилась в размерах».
«Таким образом, — добавляет она, — чтобы звезда поглотила планету, нам нужно задействовать другой механизм — приливные взаимодействия».
Команда предположила, что орбита планеты постепенно сместилась внутрь, ближе к Солнцу, чем орбита Меркурия, прежде чем гравитационные силы начали неуправляемый процесс, затянувший её в атмосферу звезды. Погружаясь в свою звезду, планета должна была выбрасывать газ из внешних слоёв, оставляя вокруг звезды оболочку из холодной пыли, в то время как более тяжёлые элементы охлаждались и конденсировались.
С помощью NIRSpec команда также обнаружила горячий околозвёздный газовый диск ближе к центру. Исследователи считают, что он образовался из выброшенного газа, который теперь падает обратно на звезду. Этот диск похож на протопланетные диски из газа и пыли, которые вращаются вокруг новорождённых звёзд и формируют планеты. Несмотря на то, что этот диск образовался после гибели планеты, астрономы могут аналогичным образом проанализировать его состав, чтобы определить, как могла сформироваться и эволюционировать планета.
Команда смогла обнаружить в диске выбросы угарного газа и даже следы фосфина, что удивило исследователей. Хотя это соединение известно благодаря спорной находке в облаках Венеры, оно также встречается по всей нашей Солнечной системе.
«Очень интересно, что мы видим фосфин, поскольку фосфин наблюдается в атмосферах Юпитера и Сатурна, и поэтому его присутствие, по крайней мере, согласуется с поглощением гигантской планетой», — говорит Салык. Однако команда не может полностью исключить другие варианты происхождения сигнала, в том числе ошибку калибровки прибора или потенциально звёздное происхождение.
Звездные Блюда
«События, связанные с поглощением, дают уникальную возможность узнать больше о составе планет и понять долгосрочную эволюцию планетарных систем», — говорит Мелинда Соарес-Фуртадо (Университет Висконсин-Мэдисон), которая не участвовала в исследовании. ZTF SLRN-2020 на данный момент является лучшим обнаружением такого события.
Наблюдения показывают, что к поглощению планеты привело изменение её орбиты, но возможны и другие сценарии: планета могла отклониться от курса в результате столкновения или под воздействием других гравитационных сил.
«Я думаю, что эти результаты убедительно указывают на сценарий поглощения», — говорит Соарес-Фуртадо, хотя она добавляет, что причина гибели может быть не до конца ясна. Определение точного механизма, который привёл к разрушению, может пролить свет на характеристики различных систем. «Нам ещё многое предстоит понять о точной динамике орбитального распада», — добавляет Соарес-Фуртадо.
По словам Соарес-Фуртадо, текущие наблюдения являются «революционными», но «ограниченными с точки зрения [необходимого] спектрального и временного охвата». Дальнейшие наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба» могли бы лучше зафиксировать эволюцию процесса поглощения.
«Мы бы хотели снова изучить его с помощью JWST, но, возможно, в других режимах работы прибора, чтобы исследовать более длинные волны, узнать больше о его пыльном шлейфе и посмотреть, есть ли у него ещё какие-то сюрпризы для нас», — говорит Райан Лау (NOIRLab), который руководил исследованием.
Обнаружение дополнительных поглощённых планет также имеет решающее значение для получения более подробной информации о происходящих процессах, а также о составе разрушающихся планет. «Я думаю, что это захватывающая область исследований, — говорит Соарес-Фуртадо, — в которой разрушение планет позволяет получить важные сведения об истории их формирования».
«[ZTF SLRN-2020] даёт нам более чёткое представление о том, как планеты встретят свою окончательную судьбу, но это всего лишь одно событие, — говорит Лау. — Нам нужно наблюдать и изучать гораздо больше таких событий, чтобы по-настоящему понять, что происходит и какие механизмы преобладают».
Команда сможет изучить больше таких событий с помощью обсерватории Веры Рубин, которая начнёт работу в этом году, и космического телескопа «Нэнси Грейс Роман», который может быть запущен в следующем году или около того. «Мы только начали изучать эту новую область, которая, вероятно, значительно расширится в ближайшие годы», — говорит Салык.