TOI-561 b: JWST нашёл плотную атмосферу у лавовой экзопланеты

В 280 световых годах от Земли есть мир, похожий на лавовую лампу планетарных масштабов. Экзопланета TOI-561 b всегда обращена к своей звезде одной стороной и залита океаном расплавленной породы, однако новые наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) показывают, что жизнь этого раскалённого шара сложнее прежних представлений. Международная группа учёных во главе с Лизой Данг из Университета Ватерлоо и Анжали Пьетте из Бирмингемского университета сообщила в The Astronomical Journal: планета не голая глыба, как ожидалось, а обладает плотной и отражающей атмосферой.

«Джеймс Уэбб» не сводил глаз с TOI-561 b тридцать семь часов подряд — за сеанс удалось проследить почти четыре оборота планеты вокруг звезды. Инструменты вычертили фазовую кривую: проследили, как меняются блеск и тепло планеты на каждом изгибе орбиты. Будь перед телескопом просто тёмный булыжник, его освещённое полушарие накалилось бы до предела, а ночное осталось ледяным. График показал другое. Дневная сторона оказалась заметно прохладнее расчётной, а теневая недобрала тепла настолько, что списать разницу на простой перенос с солнечного бока не вышло.

Куда делась энергия? Примерно три четверти падающего света TOI-561 b возвращает обратно в пространство — почти как Венера. Остатки тепла атмосфера перебрасывает на ночную сторону, сглаживая перепад.

Облака-защитники из расплавленного камня

Группа наложила наблюдения на климатическую модель планеты и получила вероятного виновника блеска — облака из силикатных минералов, диоксида кремния и силиката магния. По сути, над лавовым океаном висит зеркальный солнцезащитный экран. Он отбивает львиную долю излучения и не даёт поверхности перегреться. Фазовая кривая косвенно подтверждает ту же картину.

Из чего скроено само газовое одеяло, пока сказать трудно. Возможно, перед нами чудовищно разогретый двойник Венеры в плотном углекислом коконе. Другой вариант — атмосфера накачана диоксидом серы, как у вулканической луны Юпитера Ио. Состав остаётся открытым вопросом, но исследователи из Бирмингемского университета и Университета Ватерлоо в своём пресс-релизе подчёркивают: тонким слоем газов тут не обойтись, атмосфера, вероятно, значительная.

Представим планету той же массы и на той же орбите, но сложенную из голого базальта. Расчёты из предыдущих работ команды дают для такого случая дневную температуру почти 2700 градусов Цельсия. У реальной TOI-561 b график плавнее — дневной пик ниже, провал ночной стороны мельче. Именно эту сглаженность и уловили датчики «Уэбба». Перераспределение тепла выдаёт присутствие газовой оболочки, даже когда сам газ напрямую не видно.

Откуда у лавового шара воздух?

Звезда TOI-561 почти вдвое старше Солнца, а планета прижата к ней вплотную — полный круг занимает меньше одиннадцати земных часов. Модели предсказывали, что за миллиарды лет излучение выдует атмосферу досуха. То, что планета до сих пор укутана газами, оставляет два объяснения, которые обсуждает команда: либо TOI-561 b изначально обладала чудовищным запасом летучих веществ, либо её раскалённая поверхность сама работает как гигантский вулкан и непрерывно снабжает атмосферу свежей порцией газов.

Исследователи также описывают возможное равновесие: океан магмы выделяет газы, и он же поглощает их обратно. Этот круговорот может поддерживать газовую оболочку вопреки ожиданиям. Чтобы различить гипотезы, команда планирует следующие наблюдения на более длинных волнах — снова с помощью JWST. Тогда, вероятно, удастся понять, как планета держится за свою оболочку миллиарды лет и на что именно она похожа: на венерианский парник или на разбухший вулканический спутник. Постановка такой задачи сама по себе напоминает работу над сложной темой на стыке нескольких дисциплин — нечто похожее возникает, когда требуется подготовить кандидатскую диссертацию с серьёзной наблюдательной базой и проверкой моделей.