С тех пор как астрономы в середине 1990-х открыли первую планету за пределами Солнечной системы, эти экзопланеты не перестают удивлять нас своими странными свойствами. Однако новое открытие, сделанное с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), возможно, является самой необычной экзопланетой из всех. Она обладает атмосферой, не похожей ни на одну из известных, и учёные пока не могут объяснить, как такое небесное тело могло сформироваться.
Планета, обозначенная как PSR J2322-2650b, имеет массу примерно с Юпитер и вращается вокруг мёртвой звезды — пульсара, который выстреливает двойными струями радиации, прочёсывающими космос, как маяк. Система технически классифицируется как «пульсар-«чёрная вдова» — двойная звезда, обычно содержащая пульсар и звёздное тело, которое пульсар постепенно разрушает и поглощает своими лучами.
Само по себе это не так уж странно. Первые из когда-либо подтверждённых планет за пределами Солнечной системы, Полтергейст и Фобетор, обнаруженные в 1992 году, также вращаются вокруг пульсаров — молодых, быстро вращающихся нейтронных звёзд.
Однако PSR J2322-2650b выделяется тем, что имеет эллипсоидную форму, напоминающую планетарный лимон или мяч для регби, и обладает атмосферой, которую учёные никогда прежде не наблюдали.
«Это был абсолютный сюрприз, — заявил в своём обращении участник научной группы Питер Гао из лаборатории Карнеги. — Помню, когда мы получили данные, наша коллективная реакция была: «Что это, чёрт возьми, такое?» Это крайне отличается от того, что мы ожидали».
Атмосфера PSR J2322-2650b состоит в основном из гелия и углерода и, вероятно, содержит облака сажи, которые конденсируются, образуя алмазы, проливающиеся дождём на планету.
Находясь всего в 1,6 миллионах километров от своего пульсара (для сравнения, Земля примерно в 100 раз дальше от Солнца), PSR J2322-2650b совершает один оборот по орбите примерно за 8 часов. Её лимоноподобная форма обусловлена приливными силами, которые генерируются внутри планеты мощной гравитацией мёртвой звезды, к которой она прикована.
«Новый тип атмосферы, которого раньше никто не видел»
Как и все нейтронные звёзды, пульсары рождаются, когда массивные звёзды, как минимум в 10 раз превышающие размер Солнца, исчерпывают топливо для термоядерного синтеза. Это приводит к тому, что внешние слои звезды и большая часть её массы разлетаются в сверхновой.
Остаётся ядро массой от 1 до 2 солнечных, которое сжимается до диаметра около 20 километров, и, сохраняя угловой момент, оно может вращаться со скоростью до 700 раз в секунду!
Родительская звезда PSR J2322-2650b — это как раз такой миллисекундный пульсар. Несмотря на то что она излучает интенсивное гамма-излучение, она испускает очень мало инфракрасного света. Поскольку JWST предназначен для наблюдения за космосом в инфракрасном диапазоне, это означает, что эта мощная мёртвая звезда не заслоняет от телескопа стоимостью 10 миллиардов долларов вид на PSR J2322-2650b.
Это позволило команде детально изучить атмосферу планеты и раскрыть её уникальный состав.
«Это новый тип атмосферы планеты, которого раньше никто не видел, — говорит руководитель группы Майкл Чжан из Чикагского университета. — Вместо того чтобы найти обычные молекулы, которые мы ожидаем увидеть на экзопланете, — такие как вода, метан и углекислый газ, — мы увидели молекулярный углерод, в частности C₂ и C₃».
PSR J2322-2650b находится в приливном захвате со своей звездой, то есть одна её сторона постоянно обращена к нейтронной звезде (дневная сторона), а другая навсегда смотрит в космос (ночная сторона).
Температура на дневной стороне планеты достигает максимума в 2040°C, в то время как на ночной стороне минимальная температура составляет около 650°C.
При таких температурах молекулярный углерод должен связываться с атомами других элементов и становится доминирующим только в том случае, если в атмосфере планеты практически нет кислорода или азота. Ни одна из примерно 150 изученных на сегодняшний день атмосфер экзопланет не содержала обнаружимого молекулярного углерода.
«Сформировалась ли эта планета, как обычная? Нет, потому что состав совершенно иной, — говорит Чжан. — Образовалась ли она путём «сдирания» внешних слоёв звезды, как формируются «нормальные» системы «чёрной вдовы»? Вероятно, нет, потому что ядерная физика не производит чистый углерод. Очень трудно представить, как можно получить такой чрезвычайно обогащённый углеродом состав. Кажется, это исключает все известные механизмы формирования».
Существует один возможный путь создания этой планеты, основанный на уникальном явлении, происходящем в её причудливой атмосфере.
«По мере остывания спутника смесь углерода и кислорода в его недрах начинает кристаллизоваться. Кристаллы чистого углерода всплывают наверх и смешиваются с гелием — это то, что мы наблюдаем, — говорит участник группы, исследователь из Стэнфордского университета Роджер Романи. — Но затем должно произойти что-то, что удерживает кислород и азот вдали. И вот тут-то и начинается загадка».
Открытие этой планеты ставит перед астрофизиками фундаментальные вопросы о границах разнообразия планетарных систем и устойчивости жизни в экстремальных условиях. PSR J2322-2650b существует в режиме перманентного апокалипсиса: её разрывают приливные силы, обжигает смертоносное излучение пульсара, а атмосфера представляет собой гигантский химический реактор, производящий алмазы из сажи. Это мир, где привычные нам законы формирования планет, кажется, отменяются.
Учёные предполагают, что ключ к разгадке может лежать в далёком прошлом системы. Возможно, планета-гигант изначально была ядром самой массивной звезды в двойной системе, которая в процессе эволюции потеряла свои внешние, богатые водородом и гелием оболочки, обнажив углеродно-кислородное ядро. Последующий катаклизм — взрыв соседней звезды и превращение её в пульсар — мог окончательно «очистить» атмосферу планеты от легких элементов, оставив лишь углеродный «скелет», который мы наблюдаем сегодня.
Другая, ещё более экзотическая гипотеза предполагает, что мы видим не планету в традиционном понимании, а уникальный остаток «звёздного каннибализма». Пульсар, будучи частью тесной двойной системы, мог миллионы лет перетягивать на себя вещество своего компаньона — звезды, богатой углеродом. В результате от звезды-донора осталось лишь плотное, раскалённое ядро, которое и стало тем, что мы теперь называем PSR J2322-2650b. Её атмосфера в этом случае — это не что иное, как последние следы звёздного материала, находящегося в процессе поглощения.
Как отмечает Романи, загадка этой планеты — не повод для разочарования, а дверь в новую область науки. Изучение PSR J2322-2650b может переписать наши представления о том, как далеко может зайти химическое разнообразие планет и какие невообразимые миры способна порождать Вселенная. Возможно, «бриллиантовые миры» у пульсаров — не такая уж редкость, и «Уэббу» предстоит открыть целый новый класс экзопланет, бросающих вызов нашему воображению и пониманию космоса.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий