Ученые, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) НАСА, обнаружили планету, которая выглядит и ведет себя совершенно не так, как ожидали. «Уэбб» — самый мощный в мире инфракрасный космический телескоп, разработанный НАСА совместно с Европейским космическим агентством (ЕКА) и Канадским космическим агентством (ККА). В отличие от оптических телескопов, «Уэбб» в основном наблюдает инфракрасный свет — электромагнитное излучение с длиной волны больше, чем у видимого красного света, — что позволяет ему изучать холодные планеты, пыльные области и далекие галактики, невидимые для обычных телескопов.
Планета, получившая название PSR J2322-2650b, имеет массу, сопоставимую с Юпитером, но вращается вокруг пульсара. Пульсар — это быстро вращающаяся нейтронная звезда, сверхплотное сколлапсировавшее ядро, оставшееся после взрыва массивной звезды в сверхновую. Хотя нейтронные звезды могут содержать массу, превышающую массу Солнца, их размер составляет всего около города. Пульсары испускают лучи электромагнитного излучения из своих магнитных полюсов, и по мере вращения эти лучи сканируют пространство, подобно лучу маяка. Это открытие необычно, поскольку вокруг пульсаров было найдено всего несколько планет, и ни одна из них не похожа на эту.
Атмосфера PSR J2322-2650b состоит в основном из гелия и углерода. Атмосфера — это слой газов, окружающий планету, удерживаемый гравитацией. Ученые изучают атмосферы, исследуя, как свет взаимодействует с ними, поскольку различные газы поглощают определенные длины волн, что раскрывает их химический состав. Вместо обычных молекул, наблюдаемых на экзопланетах — планетах за пределами нашей Солнечной системы, — таких как вода или метан, ученые обнаружили молекулярный углерод, в частности C₂ и C₃. Молекулярный углерод состоит исключительно из связанных атомов углерода и крайне необычен в планетарных атмосферах, где углерод обычно соединяется с кислородом или водородом, образуя такие соединения, как углекислый газ или метан.
«Это было абсолютной неожиданностью», — сказал Питер Гао из Лаборатории Земли и Планет Карнеги. «Я помню, как после получения данных наша общая реакция была: «Что это за чертовщина?» Это чрезвычайно отличается от того, что мы ожидали».
Химия планеты экстремальна. Наблюдения показывают соотношение углерода к кислороду более 100 и соотношение углерода к азоту выше 10 000. Соотношение углерода к кислороду сравнивает распространенность атомов углерода с атомами кислорода в атмосфере и помогает ученым понять, как планеты формируются и химически эволюционируют. Большинство известных экзопланет имеют гораздо более низкие значения. Такие исключительно высокие соотношения предполагают, что атмосфера почти чистый углерод.
Майкл Чжан из Чикагского университета пояснил: «Планета вращается вокруг звезды, которая совершенно причудлива — массой с Солнце, но размером с город. Это новый тип планетарной атмосферы, который никто никогда не видел».
Температура на планете колеблется от примерно 1200°F (около 650°C) на более холодной ночной стороне до 3700°F (около 2040°C) на более горячей дневной стороне. По атмосфере дрейфуют облака углерода, похожие на сажу, и под огромным давлением внутри планеты эти облака могут в конечном итоге превратиться в алмазы. Исследователи полагают, что кристаллизация может происходить глубоко внутри объекта. Кристаллизация — это процесс, при котором атомы выстраиваются в упорядоченные твердые структуры, называемые кристаллами. При экстремальном планетарном давлении и температуре углерод может кристаллизоваться в алмазоподобный материал.
Роджер Романи из Стэнфордского университета добавил: «По мере того как спутник остывает, смесь углерода и кислорода во внутренних слоях начинает кристаллизоваться. Чистые кристаллы углерода всплывают на поверхность и смешиваются с гелием, и это то, что мы видим. Но затем что-то должно произойти, чтобы удержать кислород и азот в стороне. И вот тут-то и кроется загадка».
Планета находится чрезвычайно близко к своему пульсару, всего около 1 миллиона миль (примерно 1,6 миллиона километров). Для сравнения, Земля находится примерно в 100 миллионах миль (около 160 миллионов километров) от Солнца. Из-за этой тесной орбиты планета совершает оборот вокруг звезды всего за 7,8 часа. Интенсивная гравитация пульсара растягивает планету в форму лимона. Гравитация — это сила, которая притягивает объекты, обладающие массой, друг к другу, и когда чрезвычайно массивные объекты находятся близко друг к другу, гравитационные приливные силы могут физически искажать близлежащие планеты и звезды.
Эта система может быть связана с тем, что астрономы называют системой «черной вдовы» — двойной системой, в которой пульсар постепенно срывает материал с близлежащей звезды-компаньона с помощью интенсивного излучения и потоков высокоэнергетических частиц. Высокоэнергетические частицы — это субатомные частицы, разогнанные до огромных скоростей мощными магнитными полями и быстрым вращением. Но в данном случае спутник официально считается экзопланетой, поскольку его масса составляет менее 13 масс Юпитера.
Чжан отметил: «Сформировался ли этот объект как обычная планета? Нет, потому что состав совершенно иной. Сформировался ли он путем срыва внешней оболочки звезды, как формируются «обычные» системы «черной вдовы»? Вероятно, нет, потому что ядерная физика не создает чистый углерод».
Возможность этого открытия обусловлена инфракрасным зрением «Уэбба». Инфракрасный свет особенно полезен в астрономии, поскольку он может проникать сквозь космическую пыль и выявлять холодные или тусклые объекты. Пульсар испускает в основном гамма-лучи и высокоэнергетические частицы, которые «Уэбб» не может наблюдать напрямую. Гамма-лучи — это самая энергичная форма электромагнитного излучения, которая обычно образуется в результате бурных космических событий, таких как пульсары, нейтронные звезды и черные дыры. Поскольку «Уэбб» специально разработан для инфракрасной астрономии, телескоп может наблюдать спектр планеты без помех от самого пульсара.
Спектр — это узор, создаваемый при разделении света на составляющие его длины волн. Различные атомы и молекулы оставляют уникальные отпечатки в спектре, поглощая или испуская определенные длины волн, что позволяет астрономам определять состав, температуру и атмосферные характеристики планеты с огромных расстояний.
«Эта система уникальна тем, что мы можем наблюдать планету, освещенную ее звездой-хозяином, но саму звезду-хозяина не видеть вообще», — сказала Майя Белезнай из Стэнфордского университета. «Таким образом, мы получаем по-настоящему чистый спектр. И мы можем изучать эту систему более детально, чем обычные экзопланеты».
Из примерно 6000 известных экзопланет PSR J2322-2650b — единственная, напоминающая горячий Юпитер, вращающийся вокруг пульсара. Ее необычная атмосфера, экстремальная химия, искаженная форма и странная динамика открывают совершенно новые вопросы о том, как планеты формируются, эволюционируют и выживают в одних из самых суровых сред во Вселенной.
Источник: NASA, Чикагский университет
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
