Плотная дымка из тончайших частиц не позволила определить состав атмосферы экзопланеты Kepler-51d. Новое исследование этой одной из странных известных ученым планет вышло в The Astronomical Journal.
Kepler-51 — звезда, расположенная на расстоянии около 2615 световых лет от Земли в созвездии Лебедя. В ее системе четыре планеты, и по крайней мере три из них — неплотные газовые гиганты, или суперпаффы. К этой категории относят планеты размером с Сатурн, но немногим тяжелее Земли. Kepler-51d — самая холодная и наименее плотная в этой системе.
«Мы считаем, что три внутренние планеты, вращающиеся вокруг Kepler-51, имеют крошечные ядра и огромные атмосферы, что делает их плотность схожей с плотностью сахарной ваты. Эти сверхрыхлые суперпаффы — редкость, и они противоречат общепринятым представлениям об образовании газовых гигантов. Объяснить формирование одной такой планеты не так просто, а в этой системе их целых три», — говорит астрофизик Джессика Либби-Робертс из Университета Тампы, первый автор исследования.
Аномалия Kepler-51d
По ее словам, обычно у газовых гигантов плотное ядро и, следовательно, сильное гравитационное притяжение, которое удерживает газы. Как правило, такие планеты образуются подальше от своей звезды, подобно тому как газовые гиганты нашей Солнечной системы находятся за пределами пояса астероидов. Но у Kepler-51d нет плотного ядра, а расстояние до звезды примерно соответствует расстоянию от Солнца до Венеры.
«Kepler-51 — относительно активная звезда, и ее звездные ветры должны легко сдувать газы с этой планеты, хотя масштабы потери массы за время жизни Kepler-51d остаются неизвестными. Возможно, планета образовалась дальше и постепенно переместилась внутрь, но остается масса вопросов о том, как эта планета (и другие в этой системе) вообще сформировалась. Что такого в этой системе, объединяющей три действительно аномальные планеты — сочетание экстремальных характеристик, которое больше нигде не встречается?» — недоумевает ученая.
Разобраться помог бы состав атмосферы. Определить его на таком расстоянии можно только по косвенным данным — прохождению через нее света звезды.
«Свет звезды фильтруется через атмосферу планеты, прежде чем попасть в наши телескопы. Если в атмосфере присутствует какая-то молекула, поглощающая излучение определенной длины волны — в спектре мы видим провал. Вот по спектру транзита состав и определяем», — объясняет Либби-Робертс.
Ранее Kepler-51d наблюдали с помощью космического телескопа «Хаббл», который «видит» в ближнем инфракрасном диапазоне примерно от 1,1 до 1,7 микрона. Усовершенствованный спектрограф телескопа «Джемс Уэбб» расширил диапазон наблюдения до 5 микрон. Но ясности это не внесло — в спектре Kepler-51d нет четких линий.
Размером с пол-Земли
«Мы считаем, что у планеты настолько толстый слой дымки, что он поглощает те длины волн, которые мы изучали, и мы просто не можем разглядеть то, что находится под ним. Это очень похоже на дымку, которую мы видим на Титане, самом большом спутнике Сатурна, состоящую из углеводородов, но в гораздо большем масштабе. Похоже, у Kepler-51d этот слой очень мощный — толщиной с радиус Земли», — говорит профессор Суврат Махадеван из Университета штата Пенсильвания, соавтор статьи.
Исследователи рассмотрели и альтернативы этой гипотезе — и отвергли их. Например, если бы у планеты были кольца и она была наклонена, они блокировали бы свет звезды, заставляя планету казаться больше (а значит, и менее плотной), чем на самом деле. Однако, как отмечают ученые, кольца блокировали бы свет на разных длинах волн одинаково, и к тому же должны быть ориентированы под очень специфическим углом, чтобы получить наблюдаемую картину.
«Вместо этого мы видим линейную зависимость: чем длиннее волна, тем больше света блокируется. Это необычно, и самое простое объяснение — толстая дымка. Кольца должны были бы быть недолговечными, состоять из очень специфических материалов и находиться под строго определенным углом, что маловероятно, хотя мы не можем полностью исключить эту возможность. Вот бы провести наблюдения на еще более длинных волнах», — мечтает Либби-Робертс.
Что дальше
Пролить свет на природу Kepler-51d может также изучение других суперпаффов — они дали бы представление о том, уникальна ли эта дымка.
«До того как астрономы открыли планеты за пределами Солнечной системы, нам казалось, что мы неплохо понимаем, как формируются планеты. Но потом мы начали находить экзопланеты, которые вообще не похожи на нашу систему, и они по-настоящему бросают вызов нашим представлениям о планетообразовании. Мы пока не нашли стопроцентный аналог нашей системы, и возможность объяснить, как сформировались все эти разные планеты, помогает понять, каково наше место в общей картине мироздания», — заключила астрофизик.
Астрономы открыли в одной системе четвертую экзопланету легче сахарной ваты
Открыта удивительно похожая на Землю холодная планета
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram