В последние годы астрономы научились с высочайшей точностью измерять содержание металлов в звёздах. Быстро выяснилось, что даже у звёзд из одного молекулярного облака есть сильные отличия в химическом составе, что можно объяснить только загрязнением от сторонних источников. Таким источником назвали землеподобные планеты с ультракороткими орбитами и доказали это с помощью моделей.

Художественное представление звезды с планетой на сверхкороткой орбите. Источник изображения: NASA

Родственные звёзды рождаются в одном и том же гигантском молекулярном облаке (GMC), хотя это не обязательно двойные системы. Следовало бы ожидать, что такие звёзды будут иметь весьма близкую металличность, хотя ни одно GMC-облако не является полностью однородным и небольшие различия обычны для звёзд, которые формируются в общей области звездообразования. Но когда различия, всё-таки, заметны, должно быть какое-то иное этому объяснение.

Новое исследование под названием «Загрязнение металлами солнцеподобных звёзд в результате разрушения планет со сверхкоротким периодом» предполагает, что источником обнаруживаемых несоответствий являются скалистые планеты. Авторами являются учёные из Северо-Западного университета (Northwestern University) и Корнельского университета (Cornell University). Исследование загружено на сайт arxiv.org и отправлено в сеть журналов AAS.

Ультракороткопериодические экзопланеты (USP) вращаются вокруг своих звёзд очень близко и обычно совершают полный оборот всего за несколько часов. Они имеют состав, аналогичный земному, и редко имеют радиус более двух земных. Их происхождение до конца не ясно. Они могли сформироваться дальше, а затем мигрировать ближе к своей звезде, или это могли быть остатки гораздо более крупных планет, которые потеряли свою атмосферу из-за звёздного излучения.

Одна из проблем в том, что планеты класса USP обнаружены примерно у 0,5 % солнцеподобных звёзд. С другой стороны, с учётом различий в металличности звёзд «из одного лукошка», такие планеты могут просто быстро поглощаться своими звёздами и, следовательно, загрязнять их металлами.

«Короткопериодические экзопланеты потенциально уязвимы к разрушению приливами и поглощению их звёздами-хозяевами», — пишут авторы. Исследования показывают, что от 3 % до 30 % солнцеподобных звёзд главной последовательности (FGK) поглотили скалистые планеты массой от 1 до 10 масс Земли.

Авторы разработали модель, позволяющую предсказать количество образующихся USP и время, необходимое для их поглощения. Предложенная модель может воспроизводить как наблюдаемую низкую встречаемость USP у солнцеподобных звёзд, так и их металличность от загрязнения. Модель показывает, что чаще всего поглощения происходят в компактных многопланетных системах и, часто, это происходит при миграции планет при переходе с более вытянутой орбиты на близкую круговую. В общем случае модель предсказывает, что планета поглощается звездой в промежутке от 100 млн до 1 млрд лет после формирования.

Фильм «Контакт» 1997 года с Джоди Фостер в главной роли оказался пророческим. В системе Вега — одной из ярких звёзд в небе Земли — на первый взгляд никаких планет не обнаружено. Углублённый обзор системы Веги с помощью телескопов «Хаббл» и «Уэбб» показал равномерное распределение газа и пыли на ширину 160 млрд км без видимых следов планет, хотя вокруг аналогичной звезды Фомальгаут в абсолютно схожих условиях видны признаки трёх экзопланет.

Изображение газопылевого диска системы Веги по данным «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа). Источник изображения: NASA

Учёные находятся в недоумении — одна и та же физика привела к абсолютно противоположному результату. Обоим звёздам по 450 млн лет. Обе имеют классические газопылевые протопланетные диски. В системе Фомальгаута в сплошном газопылевом диске обнаружены три чётко выраженных кольца, свидетельствующих о существовании там планет, которые буквально пропахали борозды в дисках.

Газопылевой диск Веги остался ровным и гладким. Впрочем, один небольшой зазор фиксируется на расстоянии 60 а.е. от звезды, что соответствует двум расстояниям Нептуна от Солнца. Но где «веганские» Юпитер и Сатурн? Их нет! Уж планеты гиганты с расстояния 25 световых лет обнаружить проблем не составило бы.

«С помощью телескопов "Хаббл" и "Уэбб" вы получаете очень чёткое изображение Веги. Это загадочная система, потому что она не похожа на другие околозвёздные диски, которые мы рассматривали, — сказал Андраш Гашпар (Andras Gáspár) из Университета Аризоны, член исследовательской группы. — Диск Веги гладкий, смехотворно гладкий».

В допустимом диапазоне наблюдений «Хаббл» способен распознать свечение газопылевого диска Веги в ультрафиолете. На изображении выше оно слева. «Хаббл» показывает распределение буквально пыли — частичек, свойственных дыму. На правом изображении с «Уэбба» видно свечение более крупных частичек — как песок, излучающий тепло. В любом случае нет никаких следов объектов планетарного масштаба, что стало для исследователей настоящим сюрпризом, который заставит переосмыслить эволюцию планетарных дисков. Некоторые из них могут быть пустынями, а это снижает вероятность зарождения жизни в некоторых уголках Вселенной.

Земная космонавтика служит источником мощных направленных радиосигналов, которые вполне способны достичь иных миров и стать доказательством существования разумной жизни на нашей планете, если кого-то там это интересует. Таким же образом можно попытаться найти признаки разумной жизни в иных мирах, если поискать следы инопланетных космических программ. Лучшим кандидатом для поиска стала близлежащая система TRAPPIST-1, которую внимательно прослушали.

Источник изображения: Zayna Sheikh / newatlas.com

В системе TRAPPIST-1 обнаружены признаки не менее семи экзопланет, часть которых находится в зоне обитания местной звезды. Она удалена от Земли на 40 световых лет и удобна для наблюдения. Если в этой системе существует развитая цивилизация и она уже доросла до космических полётов, то это должно сопровождаться интенсивным радиообменом между материнской планетой и станциями по изучению других миров в системе.

И хотя 40 световых лет — это приличное расстояние, чтобы искусственный радиосигнал затух или потерялся в шумах, направленное и усиленное для космоса сообщение вполне может долететь до Земли. В этой ситуации главное — это оказаться на прямой линии между материнской планетой в системе TRAPPIST-1, местной для этой системы изучаемой планетой и Землёй. Такие события достаточно часты, чтобы за ними можно было проследить. Учёные из проекта SETI в сотрудничестве с коллегами из Университета Пенсильвании вычислили такие окна и провели 28-часовое прослушивание объекта.

Сканирование пространства в направлении системы TRAPPIST-1 дало миллионы радиосигналов. Фильтры оставили наиболее перспективные из них, которых оказалось 11 127. Из этого числа 2264 сигнала пришлись на время «противостояния» Земли и двух планет в инопланетной системе. Детальный разбор оставшихся радиосигналов не нашёл в них признаков искусственного происхождения.

«Методы и алгоритмы, которые мы разработали для этого проекта, в конечном итоге могут быть применены к другим звёздным системам и увеличить наши шансы найти регулярную связь между планетами за пределами нашей Солнечной системы, если они существуют», — сказал Ник Тусей (Nick Tusay), первый автор исследования. Одна неудача не означает провала. Наконец, никто не обещал, что в системе TRAPPIST-1 непременно есть разумная жизнь на уровне космической цивилизации.

Расположенный всего в 100 световых годах от Земли мир GJ 9827 d удивил учёных. Его атмосфера более чем на 30 % состоит из водяного пара. Учёным ещё не попадались подобные экзопланеты, атмосфера которых была бы насыщена «тяжёлыми» молекулами. Что огорчает, известная нам по Земле биологическая жизнь не сможет выжить в таких условиях — для этого там слишком горячо.

Источник изображения: Robert Lea / Canva / space.com

Экзопланета GJ 9827 d была обнаружена в 2017 году космическим телескопом «Кеплер». Она размещается всего в 8,4 млн км от своей звезды — это 6 % расстояния от Земли до Солнца. Экзопланета в два раза больше Земли и в три раза массивнее её. Такие экзопланеты называют субнептунами. В данном случае — это тёплый субнептун. Год на GJ 9827 d длится чуть больше шести земных суток. В системе обнаружены ещё две экзопланеты, но эта оказалась самой перспективной для пристального внимания учёных.

Последующие наблюдения за GJ 9827 d в 2023 году с помощью телескопа «Хаббл» выявили первые намёки на присутствие в атмосфере водяного пара, что сразу повысило интерес к объекту. Использование спектральных приборов «Джеймса Уэбба» позволило более детально изучить состав окружающей её газовой оболочки. Это стало возможным в процессе прохождения экзопланеты по лику родной звезды, когда свет последней на определённых длинах волн поглощался в атмосфере GJ 9827 d. Открытием стало обнаружение не просто молекул воды в атмосфере экзопланеты — она буквально тонула в водяном паре, процентное содержимое которого учёные оценили более чем 31 %.

«Мы впервые видим нечто подобное, — сказал один из авторов работы, Эшан Рауль (Eshan Raul ). — Планета [её атмосфера], по-видимому, состоит в основном из горячего водяного пара, что делает её тем, что мы называем "паровым миром". Для ясности, эта планета не гостеприимна, по крайней мере, для тех видов жизни, с которыми мы знакомы на Земле».

Команда считает, что предстоит открыть ещё много миров, подобных GJ 9827 d, предполагая, что паровые планеты и водные миры могут оказаться очень распространёнными.

На сегодняшний день нет ни одного подтверждённого обнаружения экзолуны — есть лишь несколько кандидатов на роль спутников далёких экзопланет. Тем ценнее сделанное астрономами открытие, которое может стать первым обнаружением экзолуны, похожей на вулканический спутник Юпитера Ио. Этот спутник может вращаться вокруг экзопланеты WASP-49b, удалённой от Земли на 635 световых лет. Однако необходимы новые наблюдения, чтобы твёрдо доказать этот факт.

Художественное представление экзопланеты, экзолуны и звезды. Источник изображения: NASA

Нечто необычное в поведении планеты WASP-49b — газового гиганта размерами с Сатурн — учёные NASA обнаружили ещё в 2017 году. Недавно, уже будучи сотрудником Калифорнийского технологического института, бывший учёный NASA Апурва Оза (Apurva Oza) вместе с коллегами из Южной европейской обсерватории и другими исследователями заново изучил поведение далёкой системы. Планета WASP-49b совершает один оборот вокруг своей звезды за 2,8 суток. Время от времени рядом с планетой и звездой фиксировалось достаточно большое облако натрия, которое можно было начать изучать как самостоятельный объект.

Длительные наблюдения не позволили привязать облако натрия к какому-либо региону экзопланеты. Оно также не ассоциировалось со звездой и не имело объяснимых механизмов выброса со стороны звезды или самой экзопланеты, в атмосферах которых преобладают водород и гелий. Более того, динамика движения облака указывала на то, что оно перемещается над планетой на расстоянии, в 1000 раз превышающем её радиус. Измерения также показали, что для поддержания облака натрия детектируемой плотности его необходимо выбрасывать со скоростью 100 тонн в секунду.

Моделирование и анализ данных показали, что нечто подобное уже происходит в нашей Солнечной системе. Спутник Юпитера Ио, раздираемый гравитацией планеты и других её спутников, демонстрирует так называемый приливной вулканизм, создавая вокруг Юпитера облако вулканических газов из своих недр. Вокруг WASP-49b также может вращаться свой "Ио", считают учёные. Расчёты показывают, что экзолуна, если это она, совершает полный оборот вокруг WASP-49b за 8 часов. Более того, расчёты говорят, что в таких условиях экзолуна обречена разорваться в гравитационных объятиях планеты и звезды. И всё же, это перспективный кандидат в экзолуны, но без дополнительных наблюдений она останется в статусе кандидата.

Удивительно обнаружить атмосферу у планеты за сотни световых лет от нас, но ещё удивительнее засечь разницу между характеристиками атмосферы её полушарий: западного и восточного. Благодаря космической обсерватории им. Джеймса Уэбба это стало возможным.

Экзопланета с асимметричной атмосферой в представлении художника. Источник изображения: University of Arizona

Открытие выглядит ещё более интересным, если учесть относительно низкую температуру экзопланеты WASP-107b. Она холоднее обычно более горячих сородичей класса «горячие юпитеры», но намного горячее планет-гигантов Солнечной системы. Средняя температура поверхности экзопланеты WASP-107b едва достигает 480 °C. Для наблюдений с помощью инфракрасных приборов «Уэбба» это означает, что температура планеты недостаточна для спектрального анализа её атмосферы через излучение самой экзопланеты. «Уэбб» может изучить атмосферу планеты только во время прохождения планеты по диску своей звезды, когда она подсвечена её излучением.

В целом экзопланета WASP-107b странная донельзя. Она была открыта в 2017 году на удалении 200 световых лет от Земли в созвездии Девы. Размеры WASP-107b примерно соответствуют размерам Юпитера, но её масса составляет всего 12 % от массы этого газового гиганта или даже меньше. Это делает экзопланету такой же «пухлой», как хлопок. Среди более чем 5000 открытых учёными экзопланет подобных «пухлых» планет меньше десятка. Планета вращается очень близко к своей звезде (в разы ближе, чем Меркурий по отношению к Солнцу) и находится в её приливном захвате — всегда обращена одной стороной к звезде. При этом мощности излучения звезды не хватает, чтобы разогреть планету до состояния потери атмосферы.

Одной из особенностей таких планет является очень сильно раздутая атмосфера. В новом исследовании под руководством учёного из Университета Аризоны впервые было обнаружено, что экзопланета WASP-107b обладает асимметричной атмосферой, разделённой по полушариям на восток и запад, что предопределяет её климат и климатическое поведение. Это открытие позволяет уточнить модели строения и поведения подобных прохладных планет и даёт данные, которые ранее никогда не были получены учёными.

«Мы не можем наблюдать прямо почти за всеми экзопланетами, не говоря уже о том, чтобы знать, что происходит на одной её стороне по сравнению с другой, — говорят авторы работы. — Впервые мы можем получить гораздо более определённое представление о том, что происходит в атмосфере экзопланеты».

Новая работа по поиску коричневых карликов и планет-гигантов в областях активного звездообразования выявила их гораздо большее присутствие в таких зонах, чем предсказывала теория. Инфракрасные приборы «Уэбба» буквально рассеяли пыль и газ туманностей, позволив заглянуть в их глубины как никогда раньше. Собранные данные помогут изучить границу между самыми тяжёлыми планетами и самыми лёгкими звёздами, без чего картина жизни звёзд остаётся неполной.

Область поиска коричневых карликов в работе. Источник изображения: NASA

Тип звёзд и их эволюция в основном зависят от массы, набранной в процессе формирования. Дальше в процесс вступают обычные химия и физика, которые предопределяют, к какому классу относится новорождённая звезда и каков будет её жизненный путь. Для звёзд с большой массой всё относительно просто — яркие объекты легко наблюдать и регистрировать. В нижнем диапазоне — где планеты-гиганты пересекают границу с коричневыми карликами и наоборот — всё гораздо сложнее. Это тусклые объекты, поиск которых сам по себе является непростой задачей.

Группа учёных под руководством Адама Лангевельда (Adam B. Langeveld) из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) решила восполнить пробел в наших знаниях о маломассивных объектах в зонах активного звездообразования. Исследование было сосредоточено на так называемом молекулярном облаке Персея в одноимённом созвездии, в частности на туманности NGC 1333, находящейся на расстоянии 960 световых лет от Солнечной системы. Ранее эта область уже изучалась камерой NIRCam телескопа «Уэбб». В ходе новой работы по туманности тщательно исследовали спектрометром телескопа — прибором NIRISS.

Телескоп наблюдал 585 объектов, из которых коричневым карликам соответствовали только 114. Из этого числа 19 объектов были уже известными коричневыми карликами, но 6 кандидатов были обнаружены впервые. Подчеркнём, что речь идёт об одиночных объектах малой массы — это либо самые лёгкие звёзды, либо одиноко летящие по Вселенной планеты-изгои. Масса всех 6 кандидатов оказалась в диапазоне от 5 до 10 масс Юпитера, что недостаточно для того, чтобы планета-гигант вела себя как коричневый карлик. Это всё ещё планеты, и остаётся не до конца понятен механизм, который выбрасывает такие объекты за пределы их родных звёздных систем.

Проделанная работа пытается ввести ограничения как на количество таких объектов в туманностях, так и на их массы, чтобы определить, являются ли они планетами или уже коричневыми карликами (звёздами). Оказалось, что блуждающих планет-гигантов в молекулярном облаке Персея оказалось намного больше, чем предполагала теория. Их доля составляет примерно 10 % от всего звёздного населения туманности, и это открытие определённо заслуживает внимания.

«Мы исследуем самые границы процесса звездообразования, — пояснил в своём заявлении ведущий автор исследования Адам Лангевельд. — Если у вас есть объект, похожий на молодой Юпитер, возможно ли, что он мог бы стать звездой при правильных условиях? Это важный контекст для понимания как формирования звёзд, так и планет».

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) сделал прямой снимок экзопланеты, которая в шесть раз крупнее Юпитера — это самая старая и холодная планета за пределами Солнечной системы, которую удалось наблюдать напрямую, и она оказалась не там, где ожидали астрономы.

Источник изображения: webbtelescope.org

Обычно планеты вне Солнечной системы открывают, изучая их воздействие на свет своей звезды, но иногда удаётся делать их снимки напрямую. Это непросто — она должна быть достаточно крупной и вращаться на орбите достаточно далеко от своей звезды, чтобы её свет не был заглушён светом от планеты. Ранее удавалось запечатлеть напрямую только массивные объекты относительно скоро после их образования, когда тепло, выделяемое при коллапсе вещества в планету, заставляет его светиться в инфракрасном диапазоне. Но высокая чувствительность «Джеймса Уэбба» позволила преодолеть эти рамки: на новом снимке оказалась экзопланета примерно такая же старая, как и те, что находятся в Солнечной системе.

Речь идёт об объекте в системе звезды Эпсилон Индейца (Epsilon Indi A). Звезда находится на расстоянии 11,73 светового года от Земли, что по космическим меркам чрезвычайно близко, и по размеру и возрасту она похожа на Солнце. Согласно прежним расчётам учёных, в системе звезды должна была располагаться влияющая на её положение большая экзопланета. И её там действительно обнаружили, но она оказалась совершенно не такой, как предполагали учёные.

«Она примерно в два раза массивнее, немного дальше от своей звезды и имеет другую орбиту, отличную от ожидаемой», — сообщила Элизабет Мэтьюз (Elisabeth Matthews) из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия), одна из авторов исследования.

Источник изображения: mpia.de

На данный момент объяснить это расхождение не удалось. Вероятность того, что это случайно попавший в поле зрения телескопа объект, чрезвычайно мала. А повторный анализ данных о движении звезды Эпсилон Индейца показал, что в системе, скорее всего, лишь одна крупная экзопланета — могут быть и другие, но они намного меньше. Поэтому ей дали название Эпсилон Индейца Ab — такое имя носила гипотетическая планета, прежде чем было сделано открытие.

Настоящая Эпсилон Индейца Ab — крупная планета, масса которой, по оценкам, в шесть раз превышает массу Юпитера. Она вращается на том же расстоянии от своей звезды, что и наш Нептун — от Солнца. Планета достаточно яркая в инфракрасном диапазоне, что соответствует температуре примерно 275 К (1,85 °C), а это значит, что речь идёт о самой холодной экзопланете, которую удалось снять напрямую.

Интересно, что объект не удалось обнаружить в одной из областей спектра — в длинах волн от 3,5 до 5 мкм, — признак того, что на ней высокие уровни элементов тяжелее гелия и большое соотношение углерода к кислороду. Разрыв в спектре может повлиять на оценку возраста объекта, поэтому придётся провести дополнительные наблюдения, чтобы его объяснить. Учёные отмечают, что инструменты «Джеймса Уэбба» для прямого наблюдения экзопланет доказали свою эффективность, теперь важно получить снимки других подобных холодных объектов, и следует быть осторожным, экстраполируя что-то на основе наблюдений лишь одного объекта.

Астрономы из Университета Джонса Хопкинса при помощи космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» обнаружили на юпитероподобной экзопланете HD 189733 b сероводородную атмосферу, в которой идут стеклянные дожди. Планета находится примерно в 13 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, температура на её поверхности — 930 °C, а скорость ветра —8000 км/ч.

Источник изображений: NASA

Экзопланета HD 189733 b, впервые обнаруженная в 2005 году, находится примерно в 64 световых годах от Земли, что делает её ближайшей юпитероподобной планетой, доступной для астрономических наблюдений. Невзирая на совершенно чудовищные погодные условия, экзопланета может многое предложить для исследования астрономам и учёным.

Иллюстративное изображение

«Сера является жизненно важным элементом для построения более сложных молекул, также как углерод, азот, кислород и фосфор, и учёным необходимо больше изучать её, чтобы полностью понять, как и из чего состоят планеты», — объяснил астрофизик из Университета Джонса Хопкинса Гуанвэй Фу (Guangwei Fu), который руководил исследованием, недавно опубликованным в журнале Nature. Он добавил, что наличие сероводорода на других космических объектах поможет лучше понять, как формируются разные типы планет.

Команда также измерила содержание тяжёлых металлов, подобных тем, что были обнаружены на Юпитере, что, возможно, поможет учёным сопоставить количество этих элементов с массой планеты. К примеру, на Нептуне и Уране содержится больше металлов и других тяжёлых элементов, чем на Юпитере и Сатурне, где преобладают газы, такие как водород и гелий. Учёные полагают, что состав планет отражает процесс их раннего формирования и пытаются выяснить, верно ли то же самое для экзопланет по всей Вселенной.

Фу и его коллеги планируют отслеживать наличие соединений серы на других экзопланетах, с тем чтобы выяснить, как высокие уровни этого элемента связаны с расстоянием от звёзд, на котором происходит формирование планет. «Мы хотим знать, как сюда [на определённую орбиту] попали такие планеты, и понимание состава их атмосфер поможет нам ответить на этот вопрос», — заявил Фу.

Несколько групп учёных использовали телескоп «Джеймс Уэбб» для сбора данных о планете-океане, расположенной на удалении 50 световых лет от Земли. Близкое расположение этого мира позволит собрать данные об атмосфере и сделать вывод о потенциальной обитаемости экзопланеты. Это лучший кандидат для поиска следов инопланетной жизни, уверяют учёные. Но внешний вид экзопланеты тоже не оставит равнодушным — она до оторопи похожа на глазное яблоко.

Источник изображения: Benoit Gougeon/University of Montreal

Экзопланета LHS 1140b открыта методом транзита в 2017 году. Вокруг своей звезды — тусклого красного карлика — она оборачивается каждые 25 суток. Близость звезды компенсируется её слабым светом, и поэтому экзопланета не сгорела в её излучении. Более того, приливной захват удерживает экзопланету всё время одной стороной к звезде, сильнее всего нагревая постоянно обращённую к светилу сторону. Но даже это не сжигает поверхность экзопланеты. Однако это делает её странной на вид.

Как показало новое исследование, на обращённой к звезде стороне экзопланеты может быть до 20 °C. Это достаточно комфортная для зарождения известной нам биологической жизни температура. Исходя из полученных после наблюдений и расчётов данных, плотность экзопланеты составляет 5,6 г/см³. Поскольку её радиус в 1,76 раза больше земного, а масса больше массы Земли в 5,6 раза, учёные делают вывод, что это либо похожая на наш Нептун планета с плотной газовой оболочкой, либо планета-океан. С точки зрения расчётов наиболее вероятен второй вариант.

Если LHS 1140b — это действительно водный мир с глобальным океаном, то при средневзвешенной температуре около -50 °C он весь покрыт панцирем льда, за исключением относительно небольшой полыньи на стороне, обращённой к звезде. По подсчётам учёных, диаметр проплешины во льдах достигает 4000 км. Со стороны такая планета будет выглядеть как висящее в черноте пространства колоссальное белое глазное яблоко, смотрящее на мир своим зрачком.

Важным открытием стало наличие азота в составе атмосферы экзопланеты и минимум водорода. Это указывает на вторичность атмосферы — что она сформировала свой состав в процессе эволюции, а не получила в наследство по рождению от протопланеты. Это открытие заставит учёных ещё много раз обращать свой взор на LHS 1140b, как на один из самых перспективных миров, где наиболее велика вероятность обнаружить признаки биологической жизни.

Наверное, из астрономов вышли бы хорошие детективы. Они изучают космические явления по таким крошечным отклонениям в данных, что диву даёшься. Новое открытие «Уэбба» из таких — этот космический телескоп помог обнаружить признаки столкновения астероидов в соседней звёздной системе. Такое невозможно разглядеть даже в нашей системе, не говоря уже о расстояниях в десятки световых лет.

Источник изображения: NASA/FUSE/Lynette Cook

Открытие сделано в системе Бета Живописца (β Pictoris) на расстоянии 63,4 световых года от Солнечной системы. Это молодая система с возрастом звезды около 20 млн лет. Как положено молодой звезде, вокруг неё находится протопланетный диск — скопление пыли, камней, комет и астероидов. Иначе говоря, вокруг звезды формируются планеты. Для нас важно знать, как это происходит, и какие в этом процессе есть закономерности. Ответы на эти вопросы позволят понять, насколько уникальны или обычны Солнечная система, Земля и, собственно, человечество?

Около 20 лет назад за Бетой Живописца наблюдал телескоп «Спитцер». Полученные им данные учёные решили проверить с помощью «Уэбба». Более чувствительный «Уэбб» не увидел обнаруженных ранее «Спитцером» скоплений пыли в системе. После анализа данных учёные пришли к выводу, что пыль была развеяна светом звезды, а это означает, что она была достаточно мелкой — как сахарная пудра. И её было много — по массе в 100 тыс. раз больше, чем масса погубившего на Земле динозавров астероида.

Судя по данным «Спитцера» и «Уэбба», около 20 лет назад в системе Бета Живописца произошло столкновение титанических скалистых тел, подобных сформировавшим Землю. Это привело к разрушению астероидов и выбросу облака мелкой нагретой пыли из силикатов. «Спитцер» увидел эту область, но выводы по ней тогда сделать было невозможно — в протопланетном диске и не такое можно увидеть.

Источник изображения: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University

Направив туда «Уэбб», учёные больше не обнаружили нагретой области известного масштаба и определённой ранее массы. Она за 20 лет рассеялась, что могло произойти лишь в одном случае — это было облако легчайшей пыли после столкновения астероидов. Отсутствие следов «преступления» так же говорит о событии, как и их присутствие. И если «Уэбб» чего-то не увидел, то это тоже будет открытие. Пожалуй, первое такого рода, как столкновение астероидов в соседней звёздной системе.

Группа астрономов на основании наблюдений с помощью нескольких телескопов обосновала открытие потенциально пригодной для жизни экзопланеты размерами с Землю. Экзопланета Gliese 12b находится у красного карлика на расстоянии всего 40 световых лет от нашей системы. Средняя температура поверхности экзопланеты составляет около 40 °C, что можно считать комфортным для возникновения той жизни, которую мы знаем по нашей планете.

Возможные размеры открытой недалеко от Земли экзопланеты Gliese 12. Источник изображения: NASA

Родная звезда экзопланеты Gliese 12 относится к спектральному типу M3.5V — это так называемый красный карлик. Подобных звёзд большинство в нашей галактике — до 70 %. Это делает открытие потенциально обитаемой землеподобной планеты у красного карлика многообещающим событием. При этом близость планеты к звезде не делает жизнь на ней слишком рискованной. Красные карлики гиперактивны лишь на ранних этапах эволюции, а оставаться стабильными они могут сотни миллиардов и даже триллионы лет, что кратно превосходит сроки жизни нашего Солнца, например. Поэтому жизнь на них может развиваться так долго, как пожелает без оглядки на сроки жизни родной звезды.

Экзопланета Gliese 12 открыта методом транзита телескопом NASA TESS. Также наблюдения подтвердили данные с телескопа CHEOPS и ряда наземных инструментов. В дополнение к транзитному методу наличие экзопланеты у звезды подтвердили данные по колебаниям её радиальной скорости, зафиксированные спектрографами HARPS-N и TRES. Полученная информация помогла рассчитать массу, размер и плотность экзопланеты. Gliese 12 оказалась чуть легче Земли (0,88 массы нашей планеты). Её радиус примерно соответствует радиусу Земли. Большой вопрос — это наличие атмосферы. Мы ведь не надеемся обнаружить биологическую жизнь на планете без атмосферы?

Оба транзитных наблюдения не дали достоверной информации о наличии газовой оболочки вокруг Gliese 12. Однако в этом есть свои плюсы — она может быть разреженной и плохо различимой. Атмосфера вокруг Земли тоже неплотная. Наоборот, наличие плотной атмосферы вокруг экзопланеты может снизить шансы на возникновение жизни. Хороший пример — Венера. Плотная атмосфера и парниковый эффект создали там условия, при которых плавится свинец. Учёные надеются прояснить вопрос с атмосферой у Gliese 12 с помощью космического телескопа им. Джеймса Уэбба. Они уже запросили рабочее время на этом инструменте NASA.

Из более чем 5000 экзопланет учёные открыли единицы объектов с крайне низкой плотностью, которые стали называть пухлыми планетами (puffy planet). Загадку одной из таких планет, похоже, помог разгадать космический телескоп им. Джеймса Уэбба. Вчера в журнале Nature одновременно вышли две статьи, которые объясняют, как могла образоваться планета с плотностью хлопка.

Художественное представление экзопланеты WASP-107b. Источник изображения: NASA

«Данные "Уэбба" говорят нам, что планеты, подобные WASP-107b, не должны были формироваться каким-то странным образом со сверхмалым ядром и огромной газовой оболочкой, — пояснил Майкл Лайн (Michael Line), экзопланетолог из Университета штата Аризона. — Вместо этого мы можем взять что-то более похожее на Нептун, с большим количеством камня и не таким большим количеством газа, просто увеличить температуру и это придаст ему тот вид, который мы наблюдаем [в случае WASP-107b]».

Экзопланета WASP-107b была обнаружена в 2017 году у звезды на удалении 200 световых лет в созвездии Девы. Размеры WASP-107b примерно соответствуют размерам Юпитера, но её масса составляет всего 12 % от массы этого газового гиганта. Это делает экзопланету такой же пухлой, как разогретый в микроволновке зефир. Исходя из этих данных, экзопланета WASP-107b должна обладать экстремально небольшим каменистым ядром.

Наблюдения показали, что атмосфера экзопланеты раздута сильнее, чем показывает моделирование. Хотя планета вращается очень близко к своей звезде (на расстоянии примерно равном 1/7 от Меркурия до Солнца), энергии звезды не хватило бы, чтобы нагреть и раздуть атмосферу экзопланеты до фиксируемых размеров. Будь ядро у экзопланеты больше, за время её существования атмосфера бы стала меньше за счёт остывания, но этого тоже нет.

Больше ясности внёс космический телескоп «Уэбб», который дополнил предыдущие наблюдения «Хаббла» и одно прежнее собственное наблюдение. В спектре атмосферы экзопланеты учёные не обнаружили метан, хотя другие углеродсодержащие газы легко и обильно в ней распознавались. Это заставило сделать предположение, что ядро экзопланеты нагрето намного сильнее ожидаемого. Если это так, тот метан ещё в ядре планеты распадается на монооксид углерода и углекислый газ. Но откуда же берётся избыточное тепло, если энергии звезды недостаточно для нагрева?

Как заявляют учёные, экзопланета WASP-107b вращается вокруг своей звезды по вытянутой орбите. Благодаря этому недра экзопланеты подвергаются приливной деформации. Именно эти процессы дают избыточное тепло, которое сильнее разогревает газы в ядре и нижние слои атмосферы. Внизу метан быстро распадается, а интенсивное перемешивание газа в атмосфере вымывает метан также из верхних её слоёв. Тем самым учёные объяснили сразу две загадки экзопланеты, почему она такая рыхлая и почему в её атмосфере нет метана. А ещё на этой экзопланете идут дожди из песка. Но это уже другая история.

Среди более чем 5000 открытых учёными экзопланет нашлось настоящее чудо — планета-гигант с плотностью сахарной ваты. Есть только одна экзопланета с ещё меньшей плотностью, и обе они не вписываются ни в какие модели эволюции планет. Это тот случай, когда наука получает шанс продвинуться вперёд, и возможно совсем скоро, в чём поможет космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба.

Художественное представление планеты-одуванчика. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted/STScI

Как сообщила сегодня в журнале Nature Astronomy международная команда учёных, на расстоянии 1232 световых года от Земли открыта одна из самых странных на сегодня экзопланет — WASP-193b. Вселенная полна чудесами, и обнаружить экзопланету с плотностью 0,059 г/см³ — это самое редкое из них. Для сравнения, плотность Земли равна 5,51 г/см³. Плотность Юпитера, с которым экзопланету WASP-193b роднят размеры, составляет 1,33 г/см³. Плотность сахарной ваты, добавим, равна 0,05 г/см³.

Учёные затрудняются вообразить, из какого вещества может стоять экзопланета с подобной плотностью. Она вращается вокруг подобной Солнцу звезды WASP-193. Эта звезда примерно в 1,1 раза больше массы Солнца, а её радиус больше радиуса Солнца в 1,2 раза. Температуры у них похожие, возраст — тоже. Единственное что выделяет эту далёкую систему — экзопланета-одуванчик совершает один оборот вокруг своей звезды за 6,25 дня. В нашей системе таких планет нет.

«Её чрезвычайно низкая плотность делает её настоящей аномалией среди более чем пяти тысяч экзопланет, открытых на сегодняшний день. Эта чрезвычайно низкая плотность не может быть воспроизведена стандартными моделями облучённых газовых гигантов, даже при нереалистичном предположении о структуре без сердцевины», — сетуют учёные. Изучая транзит планеты по диску звезды, исследователи вычислили, что радиус WASP-193b примерно в 1,46 раза больше радиуса Юпитера. Но её масса невероятно мала: всего 0,139 от массы Юпитера.

Изучение второй такой экзопланеты — Kepler-51d, которая намного меньше WASP-193b, дало некоторую подсказку, почему обнаруженный газовый гигант очень лёгкий. По всей видимости, близкая звезда настолько сильно разогревает экзопланету, что её атмосфера распухла до чрезвычайных объёмов. В то же время планета не может находиться в таком состоянии бесконечно долго — максимум несколько миллионов лет. Однако возраст звезды составляет 6 млрд лет и она давно не молодая и не горячая, чтобы сотворить что-то подобное с атмосферой близкой экзопланеты. Одно дело, если бы события происходили на заре рождения звёздной системы. Но спустя 6 млрд лет такое невозможно. По крайней мере, с точки зрения наших знаний.

Учёные намерены разгадать загадку экзопланеты WASP-193b с помощью космической обсерватории им. Джеймса Уэбба. Она создавалась, в том числе, для анализа атмосфер экзопланет. Изучение атмосферы WASP-193b будет продолжено с использованием «Уэбба». Но это будет уже другая история.

Обитаемость инопланетных миров — это один из фундаментальных вопросов, на который пока нет ответа. Обнаружено свыше 5000 экзопланет, о которых наука знает исчезающе мало. Например, до сих пор не было надёжного доказательства существования атмосфер у скалистых миров, похожих на Землю. Если экзопланеты газовые гиганты без стеснения показывали свою раздутую атмосферу, то со скалистыми мирами всё было очень и очень неоднозначно.

Художественное представление экзопланеты 55 Cancri e. Источник изображениq: NASA

Возможности космической обсерватории им. Джеймса Уэбба открыли доступ к сбору данных по атмосферам экзопланет. Это довольно узкий канал для получения бесценной информации, но он есть и учёные им активно пользуются. Если экзопланета достаточно горяча или проходит по лику своей звезды, «Уэбб» фиксирует спектры излучения и поглощения в области наблюдений и помогает сделать вывод о наличии атмосферной оболочки и её приблизительном составе.

В 2004 году на удалении 41 световой год от Земли в двойной системе 55 Рака у солнцеподобной звезды 55 Рака A учёные обнаружили горячую суперземлю 55 Cancri e (55 Рака e). Экзопланета была примерно в два раза больше Земли и немного плотнее её. С тех пор 55 Рака e была под пристальным наблюдением множества научных коллективов, но обнаружить наличие атмосферы у экзопланеты не удавалось никакими способами.

Следует сказать, что планета 55 Рака e слишком горяча для возникновения там жизни. Она вращается у своей звезды примерно на четверть расстояния от Солнца до Меркурия. Её поверхность, судя по всему — это бурлящий океан магмы. Для учёных это возможность заглянуть в прошлое Земли, Венеры или Марса, когда планеты из нашей системы тоже были раскалёнными шариками. Это возможность понять процессы образования атмосфер на скалистых планетах и их взаимодействия с планетарным веществом.

Наблюдения за экзопланетой 55 Рака e позволили обнаружить признаки плотной и тонкой атмосферной оболочки. По словам исследователей — это лучшее доказательство наличия атмосфер у скалистых экзопланет за всю историю наблюдений подобных объектов. Данные получены благодаря высокой чувствительности «Уэбба» в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.

Крошечные колебания света в диапазоне от 4 до 12 мкм позволили обнаружить поглощения спектральных линий, сигнализирующие о наличии в атмосфере 55 Рака e монооксида и диоксида углерода, которые, очевидно, выделяются и поддерживаются (что наиболее важно в данном исследовании) глобальным магматическим океаном. Иначе говоря, скалистый мир самостоятельно создаёт и поддерживает атмосферную оболочку. Первичную атмосферу давно ободрало бы излучение близкой звезды.

Также «Уэбб» определил, что дневная сторона экзопланеты холоднее, чем предсказывает моделирование. Измерения показали, что температура поверхности на дневной стороне составляет 1540 °C. Если бы на планете не было атмосферы, она разогревалась бы до 2000 °C или около того. К охлаждению может привести либо перемещение лавовых потоков, либо атмосферных масс с дневной на ночную сторону (планета, суда по всему, находится в приливном захвате и всё время обращена к своей звезде одной стороной). Лаву можно исключить — явно не та динамика. Тем самым получено ещё одно косвенное доказательство наличия атмосферы у 55 Рака e.

«В конечном счете, мы хотим понять, какие условия позволяют скалистой планете поддерживать богатую газом атмосферу: ключевой компонент пригодной для жизни планеты», — говорят исследователи.