Запознайте се с WASP-121b, гореща „хеви метал“ екзопланета

Концепцията на художника за WASP-121b, която орбитира толкова близо до своята звезда и е толкова гореща, че тежки метални газове в атмосферата й избягат в космоса. Изображение чрез Engine House VFX / At-Bristol Science Center / University of Exeter / JPL.

Екзопланетите - светове, обикалящи около други звезди - са открити в голямо разнообразие от видове и размери, от малки скалисти светове до шипящи горещи газови гиганти, обикалящи около тях. На ум идва фразата „музика на сферите“, древна философска концепция, която разглежда движенията на слънцето, луната и планетите като форма на музика. Макар че тази фраза има тенденция да буди мисли за класически мелодии, изглежда, че една екзопланета по-добре пасва на жанра хеви метъл.

Планетата - WASP-121b, горещ Юпитер на 900 светлинни години от Земята - орбитира толкова близо до своята звезда, че горната й атмосфера е шипяща 4600 градуса по Фаренхайт (2500 Целзий). Тежестта на звездата-домакин изкриви планетата в продълговата форма на американски футбол. За първи път открита през 2015 г., планетата е 1, 8 пъти по-голяма от масата на Юпитер.

Космическият телескоп Хъбъл (HST) откри газ, избягал от планетата, газ от желязо и магнезий, наречен "тежки метали". Тези нови рецензирани резултати бяха публикувани на 1 август в The Astronomical Journal .

Доказателствата сочат, че долната атмосфера на WASP-121b е толкова гореща, че желязото и магнезият остават в газообразно състояние. Те се вливат в горната атмосфера, където могат да избягат в космоса върху коктейлите от водород и хелий. Това е първият път, когато са наблюдавани такива газове, избягали от гореща екзопланета на Юпитер. Както казва Дейвид Синг, изследовател от университета Джон Хопкинс в Балтимор, Мериленд:

Тежките метали са били наблюдавани и в други горещи юпитери, но само в долната атмосфера. Така че не знаете дали те избягат или не. С WASP-121b ние виждаме магнезий и железен газ толкова далеч от планетата, че не са гравитационно свързани. Тежките метали избягват отчасти, защото планетата е толкова голяма и подпухнала, че гравитацията й е сравнително слаба. Това е планета, която се лишава активно от атмосферата си.

Компютърно симулирани изгледи на WASP-121b, използвайки изображения от космическия телескоп Spitzer на НАСА. Изображение чрез NASA / JPL-Caltech / Aix-Marseille University (AMU) / Wikipedia.

Как протича този процес? Първо, самата звезда е по-гореща от слънцето, а ултравиолетовата светлина от звездата загрява горната атмосфера на планетата. Изтичащият газ от желязо и магнезий може също да помогне за загряването на атмосферата още повече, според Синг:

Тези метали ще направят атмосферата по-непрозрачна в ултравиолетовата, което може да допринесе за нагряването на горната атмосфера.

Не само атмосферата на планетата е силно засегната, но и планетата. На практика се приближава до точката, в която може да бъде разкъсана от гравитацията на звездата. В момента обаче тя е изпъната във формата на футбол. Синг отбеляза, че WASP-121b предлага рядка възможност за наблюдение на учените:

Избрахме тази планета, защото е толкова екстремна. Мислехме, че имаме шанс да видим по-тежки елементи да избягат. Толкова е горещо и толкова благоприятно за наблюдение, че е най-добрият изстрел при намирането на присъствието на тежки метали. Търсихме главно магнезий, но имаше намеци за желязо в атмосферите на други екзопланети. Беше изненада обаче да го видя толкова ясно в данните и на толкова големи височини, толкова отдалечени от планетата.

Според Дрейк Деминг, астроном от университета в Мериленд:

Тази планета е прототип за ултра горещи юпитери. Тези планети са толкова силно облъчени от своите домакини звезди, че са почти като самите звезди. Планетата се изпарява от звездата-домакин до степен, че можем да видим метални атоми да избягат от горната атмосфера, където могат да взаимодействат с магнитното поле на планетата. Това дава възможност да се наблюдават и разбират някои много интересни физики.

Горещите юпитери, които са близо до звездата им, са много редки. Онези, които са толкова горещи, са още по-редки. Въпреки, че те са рядкост, те наистина се открояват, след като сте ги намерили. Очакваме с нетърпение да научим още повече за тази странна планета.

Тези наблюдения на WASP-121b са част от проучването „Panchromatic Comparative Exoplanetary Treasury (PanCET)“. Това е първото мащабно ултравиолетово, видимо и инфрачервено сравнително проучване на 20 различни екзопланети, вариращи по размер от супер-Земя (няколко пъти земна маса) до Юпитери (над 100 пъти земна маса).

WASP-121b е вид екзопланета, наречена горещ Юпитер, като HD 209458b (концепция на художника). Изображение чрез NASA / ESA / G. Бекон (STScI) / N. Мадхусудхан (UC).

Изучавайки WASP-121b и други горещи юпитери, учените могат да научат повече за това как планетите губят първоначалната си атмосфера. Атмосферите на все още формиращи се планети са склонни да се състоят от по-леки газове водород и хелий. Но тези атмосфери могат да бъдат премахнати, когато една планета се приближи до своята звезда. Както Синг обясни:

Горещите юпитери са предимно от водород, а Хъбъл е много чувствителен към водорода, така че знаем, че тези планети могат да загубят газта сравнително лесно. Но в случай на WASP-121b, водородният и хелиевият газ се изливат, почти като река, и влачат тези метали със себе си. Това е много ефективен механизъм за загуба на маса.

WASP-121b също е идеална цел за бъдещи наблюдения от предстоящия космически телескоп James Webb, който ще може да изследва атмосферата за вода и въглероден диоксид и да помогне за по-пълен анализ на всички химически елементи в атмосферата. Тези данни ще помогнат на учените да разберат по-добре как се формират светове като горещи Юпитери, както и планетарните системи като цяло.

Концепцията на художника за WASP-121b, която астрономите описват като екзопланета на тежки метали. Планетата е толкова гореща, че газовете от магнезий и желязо - наречени "тежки метали", защото атомните тегла на тези елементи са по-големи от тези на водорода или хелия - избягват от атмосферата му. Междувременно гравитацията на звездата-домакин дърпа планетата и нейната атмосфера, като я разтяга във футболна форма. Изображение чрез NASA / ESA / J. Olmsted (STScI) / Hubblesite.

Долен ред: WASP-121b е вид гореща екзопланета на Юпитер, рядко срещана, свят толкова горещ и толкова близо до звездата си, че газовете от тежки метали се отнемат от атмосферата му, а самата планета се разтяга във формата на футбол.

Източник: Програма PanCET за космическия телескоп Хъбъл : Екзосферни Mg II и Fe II в спектъра на почти ултравиолетовия пренос на WASP-121b с помощта на детеррелация на трептене

Via Hubblesite

Виа Университета на Мериленд