Экзопланета TOI-561 b, расположенная примерно в 280 световых годах от Земли, оказалась гораздо более отражающей и прохладной, чем ожидали астрономы. Наблюдения космического телескопа James Webb показали, что она отражает около 75% падающего на неё звёздного света. Возможное объяснение — облака из силикатных минералов, которые работают как гигантский солнцезащитный экран. При этом у планеты, поверхность которой может представлять собой глобальный океан расплавленной породы, вероятно, сохраняется плотная атмосфера, хотя интенсивное излучение звезды должно было лишить её газовой оболочки за миллиарды лет.

Результаты международной группы исследователей, в которую вошла астрофизик Бирмингемского университета Анджали Пьетт, опубликованы в The Astronomical Journal. Учёные наблюдали за TOI-561 b с помощью телескопа James Webb в течение 37 часов, проследив почти четыре полных оборота планеты вокруг звезды.

Атмосфера, которая не должна была сохраниться

TOI-561 b — каменистая планета, обращающаяся чрезвычайно близко к своей звезде. Её условия настолько экстремальны, что астрономы ожидали: за миллиарды лет интенсивное излучение должно было практически полностью уничтожить её атмосферу.

Однако новые данные указывают на то, что газовая оболочка планеты может оставаться достаточно плотной. Это ставит вопрос о том, каким образом она пережила столь длительное воздействие звёздного излучения.

«Наше открытие ставит под сомнение существующие теории. Мы ожидали бы, что сильно облучаемая каменистая планета вроде TOI-561 b потеряла свою атмосферу миллиарды лет назад», — говорит Анджали Пьетт, доцент кафедры астрономии Бирмингемского университета.

По словам исследовательницы, пока неизвестно, из каких именно газов состоит атмосфера. Среди возможных вариантов — плотная оболочка, богатая углекислым газом, напоминающая атмосферу Венеры, но существующая при гораздо более высоких температурах. Другой вариант — атмосфера с преобладанием диоксида серы, который выделяется при вулканической активности, в частности на спутнике Юпитера Ио.

Минеральные облака как гигантский солнцезащитный экран

Подсказку к разгадке дали предыдущие измерения температуры дневной стороны TOI-561 b. Она оказалась значительно прохладнее, чем должна была быть тёмная каменистая планета, расположенная так близко к своей звезде.

Исследователи предположили два возможных объяснения: атмосфера переносит тепло с освещённой стороны на ночную или значительная часть звёздного излучения отражается обратно в космос, не успевая нагреть поверхность.

Чтобы разобраться в происходящем, учёные наблюдали за планетой на протяжении почти четырёх оборотов. Поскольку TOI-561 b, по всей видимости, всегда обращена одной стороной к звезде, её дневное полушарие постоянно освещено, а ночное не получает прямого звёздного света.

Измерения показали, что ночная сторона не настолько тёплая, чтобы объяснить все особенности температурного распределения одним лишь переносом тепла. Зато данные указывают на высокую отражательную способность планеты: она возвращает в космос около 75% падающего на неё света. По этому показателю TOI-561 b сопоставима с Венерой.

Чтобы выяснить, что может обеспечивать такой эффект, команда сравнила результаты наблюдений с компьютерными моделями климата планеты. Моделирование показало, что над дневной стороной могут формироваться облака из силикатных минералов, включая диоксид кремния (SiO₂) и силикат магния (MgSiO₃).

Если такие облака действительно существуют, они способны отражать значительную часть звёздного излучения ещё до того, как оно достигнет поверхности. В результате планета поглощает меньше энергии и не нагревается так сильно, как ожидалось бы при отсутствии подобного облачного слоя.

«Мы измерили, как менялись яркость и тепловое излучение планеты на протяжении её орбиты. Этот метод, известный как анализ фазовой кривой, показал, что планета отражает значительную часть света своей звезды, а тепло перераспределяется по всей планете, а не остаётся только на освещённой стороне. Вместе эти результаты указывают на наличие атмосферы», — объясняет Лиза Данг из Университета Ватерлоо в Канаде, руководившая исследованием.

Пока минеральные облака остаются возможным объяснением наблюдений, а не непосредственно подтверждённой особенностью планеты. Чтобы установить их состав и свойства, потребуются дополнительные данные.

Океан расплавленной породы может подпитывать атмосферу

Есть и другая загадка: если TOI-561 b действительно сохранила плотную атмосферу, каким образом она восполняет газы, которые постепенно уносятся в космос?

Новые результаты дополняют данные, полученные той же исследовательской группой ранее. Они указывают на возможность того, что атмосфера планеты постоянно пополняется газами, выделяющимися из её расплавленных недр.

Поверхность TOI-561 b может быть покрыта глобальным океаном магмы. В таком случае планета напоминает гигантский вулкан: газы непрерывно выходят из расплавленной породы и поступают в атмосферу, компенсируя хотя бы часть потерь.

«Это поднимает важные вопросы: сформировалась ли планета с необычно большим запасом газов или океан расплавленной породы, покрывающий её поверхность, действует как планетарный вулкан, постоянно подпитывая атмосферу?» — отмечает Пьетт.

Если гипотеза подтвердится, она поможет объяснить, почему газовая оболочка сохранилась у мира, который должен был потерять её под воздействием экстремального излучения.

Что телескоп James Webb выяснит дальше

Следующий шаг — определить химический состав атмосферы TOI-561 b и выяснить, какой из возможных сценариев лучше объясняет её свойства. Учёные хотят понять, больше ли эта планета напоминает чрезвычайно горячую Венеру или представляет собой ещё более экстремальную версию вулканического спутника Ио.

Для этого исследователи планируют новые наблюдения с помощью James Webb на более длинных волнах. Они могут дать дополнительную информацию о составе атмосферы и помочь установить, каким образом она сохраняется на протяжении миллиардов лет.

TOI-561 b вряд ли окажется обитаемым миром: экстремальные температуры и возможный океан расплавленной породы делают её крайне негостеприимной для известной нам жизни. Но планета представляет большой интерес для науки. Она показывает, что даже в условиях, которые, казалось бы, должны полностью уничтожить атмосферу каменистого мира, могут действовать механизмы, позволяющие ей сохраняться и постоянно обновляться.