На далекой планете может быть вулканический спутник, похожий на Ио у Юпитера

Эта концепция художника изображает потенциальную вулканическую луну между экзопланетой WASP-49 b, слева, и ее родительской звездой. Новые доказательства, указывающие на то, что массивное натриевое облако, наблюдаемое вблизи WASP-49 b, не создано ни планетой, ни звездой, побудили исследователей задаться вопросом, не является ли его источником экзолуна. Автор: NASA/JPL-Caltech

Новое исследование, проведенное в Лаборатории реактивного движения НАСА, выявило потенциальные признаки каменистой вулканической луны, вращающейся вокруг экзопланеты в 635 световых годах от Земли. Самая большая подсказка — натриевое облако, которое, как показывают результаты, находится близко, но немного не синхронизировано с экзопланетой, газовым гигантом размером с Сатурн под названием WASP-49 b, хотя для подтверждения поведения облака необходимы дополнительные исследования. В нашей солнечной системе выбросы газа вулканической луны Юпитера Ио создают похожее явление.

Хотя ни один экзомун (спутник планет за пределами нашей солнечной системы) не был подтвержден, было выявлено несколько кандидатов. Вероятно, эти планетарные спутники остались незамеченными, потому что они слишком малы и тусклы для обнаружения современными телескопами.

Например, Ио, самое вулканическое тело в нашей солнечной системе, постоянно выбрасывает диоксид серы, натрий, калий и другие газы, которые могут образовывать огромные облака вокруг Юпитера, радиус которых может достигать 1000 радиусов гигантской планеты. Возможно, что астрономы, изучающие другую звездную систему, могли бы обнаружить газовое облако, подобное Ио, даже если бы сама луна была слишком мала, чтобы ее увидеть.

И WASP-49 b, и ее звезда состоят в основном из водорода и гелия с небольшим количеством натрия. Ни одна из них не содержит достаточно натрия, чтобы объяснить облако, которое, по-видимому, исходит из источника, производящего примерно 220 000 фунтов (100 000 килограммов) натрия в секунду. Даже если звезда или планета могли бы производить столько натрия, неясно, какой механизм мог бы выбросить его в космос.

Может ли источником быть вулканическая экзолуна? Оза и его коллеги решили попытаться ответить на этот вопрос. Работа сразу же оказалась сложной, поскольку с такого большого расстояния звезда, планета и облако часто перекрываются и занимают одну и ту же крошечную, далекую точку в пространстве. Поэтому команде пришлось наблюдать за системой в течение долгого времени.

Облако в движении

Как подробно описано в новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, они нашли несколько доказательств, которые предполагают, что облако создано отдельным телом, вращающимся вокруг планеты, хотя для подтверждения поведения облака необходимы дополнительные исследования. Например, дважды их наблюдения указывали на то, что облако внезапно увеличивалось в размерах, как будто заправлялось, когда оно не находилось рядом с планетой.

Они также наблюдали, как облако движется быстрее планеты, что казалось бы невозможным, если бы оно не было создано другим телом, движущимся независимо от планеты и быстрее ее.

«Мы считаем, что это действительно важное доказательство», — сказал Оза. «Облако движется в противоположном направлении, в котором, как нам говорит физика, оно должно двигаться, если бы оно было частью атмосферы планеты».

Хотя эти наблюдения заинтересовали исследовательскую группу, они говорят, что им потребуется более длительное наблюдение за системой, чтобы быть уверенными в орбите и структуре облака.

Вероятность вулканических облаков

Для части своего расследования исследователи использовали Очень Большой Телескоп Европейской Южной Обсерватории в Чили. Соавтор Озы Джулия Зайдель, научный сотрудник обсерватории, установила, что облако расположено высоко над атмосферой планеты, подобно газовому облаку, которое Ио производит вокруг Юпитера.

Новое исследование под руководством NASA предполагает, что натриевое облако, наблюдаемое вокруг экзопланеты WASP-49 b, может быть создано вулканической луной, изображенной на этой картине художника. Огненная луна Юпитера Ио производит похожее облако. Автор: NASA/JPL-Caltech

Они также использовали компьютерную модель для иллюстрации сценария экзолуны и сравнения ее с данными. Экзопланета WASP-49 b вращается вокруг звезды каждые 2,8 дня с регулярностью часов, но облако появлялось и исчезало за звездой или за планетой с, казалось бы, нерегулярными интервалами.

Используя свою модель, Оза и его команда показали, что луна с восьмичасовой орбитой вокруг планеты может объяснить движение и активность облака, в том числе то, что иногда кажется, что оно движется перед планетой и не связано с каким-то определенным регионом планеты.

«Доказательства весьма убедительны, что это облако производит нечто иное, чем планета и звезда», — сказала Розали Лопес, планетарный геолог из JPL, которая была соавтором исследования вместе с Озой. «Обнаружение экзолуны было бы весьма необычным, и благодаря Ио мы знаем, что вулканическая экзолуна возможна».

Жестокий конец

На Земле вулканы приводятся в действие теплом в ее ядре, оставшимся после формирования планеты. С другой стороны, вулканы Ио приводятся в действие гравитацией Юпитера, которая сжимает луну по мере приближения к планете, а затем ослабляет ее «сжатие» по мере удаления луны. Это сгибание нагревает внутреннюю часть маленькой луны, что приводит к процессу, называемому приливным вулканизмом.

Если у WASP-49 b есть луна, по размеру похожая на земную, Оза и его команда подсчитали, что быстрая потеря массы в сочетании со сжатием под действием гравитации планеты в конечном итоге приведут к ее распаду.

«Если там действительно есть луна, то ее конец будет весьма разрушительным», — сказал Оза.

Больше информации: Apurva V. Oza et al, Redshifted Sodium Transient near Exoplanet Transit, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad6b29

Источник: NASA