Исследователи обнаружили горячий гигант WASP-69b с «хвостом» кометы

Атмосфера газового великана исчезает под воздействием родительской звезды

На расстоянии около 164 световых лет от Земли находится планета-гигант WASP-69b, которая настолько близко к своей звезде, что совершает один оборот менее чем за четыре дня. Из-за сильного излучения звезды планета теряет свою атмосферу, что приводит к образованию следа, который, подобно «хвосту» кометы, простирается на огромное расстояние в космическое пространство.

Учёные и ранее имели представление о том, что звёзды могут «отнимать» массу у планет, находящихся слишком близко к ним. Это происходит из-за воздействия экстремальной энергии звезды, а также звёздного ветра. Хотя это явление нередко, исследователи ещё не до конца изучили его.

Наблюдение газового следа, исходящего от WASP-69b, представляет собой уникальную возможность для изучения потери массы планетой. В предыдущих исследованиях уже обнаруживался незначительный след, тянущийся от этой планеты, который был едва заметен. Однако новые исследования показывают, что длина «хвоста» значительно больше, чем ранее предполагалось.

Дакота Тайлер из Департамента физики и астрономии Университета Калифорнии, главный автор нового исследования, говорит: «Ранее исследования показали, что эта планета теряет некоторую часть своей атмосферы, однако либо след был едва заметным, либо его вообще не было. В нашем исследовании мы определили наличие следа и показали, что его длина в семь раз больше размера самой планеты».

С увеличением числа обнаруженных экзопланет, благодаря миссиям NASA Kepler и TESS, стало понятно, что среди популяции экзопланет существуют пробелы. Концепция «нептуновой пустыни» относится к отсутствию планет размером с Нептун на орбитах от двух до четырёх дней вокруг звезды. Понятие «промежутка малого радиуса планеты» относится к отсутствию экзопланет с радиусами от 1,5 до 2 радиусов Земли. Учёные считают, что потеря массы играет роль в обоих этих явлениях, и маловероятно, чтобы в этих «пропусках» и «пустынях» действительно отсутствовали экзопланеты.

Однако, подробности процесса потери атмосферы до сих пор не полностью понятны. WASP-69b и её обширный след газа предоставляют астрономам уникальную возможность более детально изучить этот процесс. Эрик Петигура, соавтор и профессор физики и астрономии Университета Калифорнии, говорит: «Изучение исчезновения атмосфер высокооблучённых экзопланет играет важную роль в понимании физических механизмов, определяющих демографию планет, находящихся на близких орбитах к своим звёздам».

Для своих наблюдений Тайлер и его команда использовали 10-метровый телескоп обсерватории Keck и его спектрограф высокого разрешения NIRSPEC.

«За последнее десятилетие мы узнали, что большинство звёзд имеют планеты, которые вращаются вокруг них гораздо ближе, чем Меркурий вокруг Солнца, и что потеря атмосферы играет ключевую роль в формировании современных типов планет. Однако для большинства известных экзопланет предполагается, что период потери атмосферы уже закончился. Система WASP-69b является находкой, поскольку она предоставляет редкую возможность изучать потерю массы атмосферы в режиме реального времени и понять основные принципы, формирующие тысячи других планет», — поясняет Петигура.

Исследование показало, что на процесс образования следа влияют две разные силы: излучение звезды и звёздный ветер. Взаимодействие этих сил приводит к утрате атмосферы WASP-69b и образованию её газового следа.

Для изучения потери массы планетой исследователи измеряли содержания гелия в «хвосте». Кроме того, они сравнили текущее исследование, проведённое с использованием более крупного телескопа, с предыдущими наблюдениями, чтобы выявить особенности изменений.

WASP-69b, теряет приблизительно одну земную массу материала каждые 100 миллионов лет. Однако, по словам авторов, WASP-69b никогда не утратит полностью свою атмосферу: «С такой большой массой (примерно 90 масс Земли), WASP-69 имеет достаточный запас материала, чтобы даже значительная потеря массы практически не влияла на её состояние», — уточняет Тайлер.

Экзопланеты также могут стабилизироваться при достижении определённой массы. Некоторые исследования показывают, что экзопланеты, у которых атмосфера вдвое больше радиуса ядра, наиболее стабильны и устойчивыми к потере атмосферы. В случае если атмосфера превышает этот размер, планета подвергается эрозии атмосферы и в конечном итоге достигает более стабильного состояния.

Несмотря на значимость этого исследования, авторы отмечают, что данные, полученные в ходе него, основаны на ограниченных наблюдениях. Они также указывают на то, что в системе WASP-69b вероятно существует вариабельность, которая может изменять скорость потери массы со временем. Для более полного понимания процесса потери массы необходимо произвести повторные наблюдения с применением разных инструментов для изучения любых изменений характеристик планеты.