Астрономы увидели уникальную раздутую и асимметричную экзопланету

Художественная иллюстрация экзопланеты WASP-107 b, основанная на транзитных наблюдениях с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, а также других космических и наземных телескопов, под руководством Мэтью Мерфи из Университета Аризоны и группы исследователей со всего мира. Автор: Rachel Amaro, University of Arizona

Международная группа исследователей, включая астрономов Аризонского университета, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА наблюдала атмосферу горячей и уникально раздутой экзопланеты. Экзопланета, которая имеет размер Юпитера, но составляет всего одну десятую его массы, как было обнаружено, имеет восточно-западную асимметрию в своей атмосфере, что означает, что существует значительная разница между двумя краями ее атмосферы.

Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Это первый раз, когда восточно-западная асимметрия экзопланеты когда-либо наблюдалась во время ее прохождения мимо своей звезды из космоса», — сказал ведущий автор исследования Мэтью Мерфи, аспирант обсерватории Стюарда при Университете Альберты. Транзит — это когда планета проходит перед своей звездой, как это делает Луна во время солнечного затмения.

«Я думаю, что наблюдения из космоса имеют массу преимуществ по сравнению с наблюдениями с Земли», — сказал Мерфи.

Асимметрия экзопланеты с востока на запад относится к различиям в атмосферных характеристиках, таких как температура или свойства облаков, наблюдаемым между восточным и западным полушариями планеты. Определение того, существует ли эта асимметрия или нет, имеет решающее значение для понимания климата, динамики атмосферы и погодных условий экзопланет — планет, которые существуют за пределами нашей солнечной системы.

Экзопланета WASP-107b приливно захвачена своей звездой. Это означает, что экзопланета всегда повернута одной и той же стороной к звезде, вокруг которой она вращается. Одно полушарие приливно захваченной экзопланеты постоянно обращено к звезде, вокруг которой она вращается, в то время как другое полушарие всегда отвернуто, что приводит к постоянной дневной и постоянной ночной сторонам экзопланеты.

Мерфи и его команда использовали метод трансмиссионной спектроскопии с космическим телескопом Джеймса Уэбба. Это основной инструмент, который астрономы используют для получения информации о том, что составляет атмосферу других планет, сказал Мерфи. Телескоп сделал серию снимков, когда планета проходила перед своей звездой, кодируя информацию об атмосфере планеты.

Используя новые технологии и беспрецедентную точность космического телескопа Джеймса Уэбба, исследователи смогли разделить сигналы с восточной и западной сторон атмосферы и получить более целенаправленное представление о конкретных процессах, происходящих в атмосфере экзопланеты.

«Эти снимки многое нам рассказывают о газах в атмосфере экзопланеты, облаках, структуре атмосферы, химическом составе и о том, как все меняется под воздействием разного количества солнечного света», — сказал Мерфи.

Экзопланета WASP-107b уникальна тем, что имеет очень низкую плотность и относительно низкую гравитацию, в результате чего ее атмосфера более раздута, чем у других экзопланет такой массы.

«В нашей Солнечной системе нет ничего подобного. Это уникально даже среди экзопланет», — сказал Мерфи.

Температура WASP-107b составляет примерно 890 градусов по Фаренгейту — это промежуточная температура между планетами нашей Солнечной системы и самыми горячими из известных экзопланет.

«Традиционно наши методы наблюдения не работают так хорошо для этих промежуточных планет, поэтому есть много интересных открытых вопросов, на которые мы наконец можем начать отвечать», — сказал Мерфи. «Например, некоторые из наших моделей говорили нам, что у планеты вроде WASP-107b вообще не должно быть этой асимметрии — так что мы уже узнаем что-то новое».

По словам Томаса Битти, соавтора исследования и доцента кафедры астрономии в Университете Висконсин-Мэдисон, исследователи изучают экзопланеты уже почти два десятилетия, и многочисленные наблюдения как с Земли, так и из космоса помогли астрономам предположить, как будет выглядеть атмосфера экзопланет.

«Но это действительно первый случай, когда мы увидели подобные типы асимметрии непосредственно в форме трансмиссионной спектроскопии из космоса, которая является основным способом понять, из чего состоят атмосферы экзопланет, — это на самом деле удивительно», — сказал Битти.

Мерфи и его команда работают над собранными данными наблюдений и планируют более подробно изучить происходящее с экзопланетой, в том числе провести дополнительные наблюдения, чтобы понять, что движет этой асимметрией.

«Почти все экзопланеты мы даже не можем смотреть на них напрямую, не говоря уже о том, чтобы знать, что происходит на одной стороне по сравнению с другой», — сказал Мерфи. «Впервые мы можем получить гораздо более локализованное представление о том, что происходит в атмосфере экзопланеты».

Больше информации: Evidence for morning-to-evening limb asymmetry on the cool low-density exoplanet WASP-107 b, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02367-9

Источник: University of Arizona