Алмазная экзопланета потеряла атмосферу, но потом «вырастила» новую

Экзопланета 55 Cancri e весьма и весьма необычна — и вовсе не потому, что представляет собой раскаленную лавовую планету, состоящую, скорее всего, из алмаза: когда-то в прошлом звезда, вокруг которой она вращается, разрушила ее атмосферу. Но через какое-то время на планете снова появилась атмосфера.

55 Cancri e расположена примерно в 41 световом году от Солнечной системы. Ее диаметр почти в два раза больше земного, а масса больше примерно в девять раз. Такие экзопланеты ученые называют «суперземлями». Это означает, что планета массивнее Земли, но намного легче таких планет, как Нептун и Уран. Однако на этом сходств между 55 Cancri e и нашей планетой заканчиваются.

Эта экзопланета настолько плотна, что астрономы предполагают, что она состоит в основном из углерода, спрессованного в алмаз. Кроме того, экзопланета находится всего в 1,4 милях (2,3 км) от своей солнцеподобной звезды 55 Cancri A. Это 0,01544 доля расстояния между Землей и Солнцем. 55 Cancri e делает полный круг вокруг своей родительской звезды примерно каждые 17 земных часов, а температура на ее поверхности — около 4400 градусов по Фаренгейту (около 2400 градусов по Цельсию).

Из-за столь близкого расстояния излучение звезды лишило 55 Cancri e ее первоначальной атмосферы. Однако новое исследование указывает на то, что планету теперь окружает толстый слой газов, что означает, что на ней «выросла» вторая атмосфера. Ученые, стоящие за открытием, думают, что знают, как это произошло.

«Мы измерили тепловые выбросы этой каменистой планеты, и результаты показывают, что планета имеет значительную атмосферу, — рассказал в беседе с Space.com Ренью Ху, член команды, стоящей за этим открытием, и исследователь Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт). — Эта атмосфера, вероятно, поддерживается выделением газа из скалистых недр 55 Cancri e, и мы думаем, что это первое измерение вторичной атмосферы на каменистой экзопланете. Это очень интересно».

Как 55 Cancri e бросила вызов своей звезде

55 Cancri e была обнаружена в 2004 году. Планету изначально назвали Янссен, и она была первой суперземлей, обнаруженной на орбите далекой звезды, которая все еще преобразует водород в гелий в своем ядре.

По мере дальнейшего исследования планеты ученые также узнали о ее орбите в 0,7 земного дня и углеродном составе. Затем, в 2016 году, во время первого исследования атмосферы экзопланеты космический телескоп «Хаббл» определил, что атмосфера 55 Cancri e содержит водород и гелий.

Существует два возможных сценария для объяснения атмосферы 55 Cancri e.

Согласно первому сценарию, планета могла бы представлять собой лавовый мир с тонкой, испаренной силикатной атмосферой на поверхности. Эта атмосфера бы состояла из летучих веществ и химических соединений, таких как углерод, азот, водород и сера, которые могут быть легко потеряны из-за облучения звезды, вокруг которой планета вращается. Согласно вторму сценарию, планета могла бы иметь плотную вторичную атмосферу, созданную с течением времени в результате вулканизма.

Чтобы выяснить, какой из этих сценариев был верным, Ху и его коллеги изучили наблюдения JWST за планетой, когда она проходила за звездой 55 Cancri A — это явление называется вторичным затмением. Данные двух вторичных затмений исключили возможность того, что 55 Cancri e может быть голой лавовой планетой без существенной атмосферы.

У ученых нет сомнений в том, что планета представляет собой своеобразный адский ландшафт, покрытый лавой, и именно эта расплавленная природа помогла 55 Cancri e «вырастить» вторичную атмосферу.

«55 Cancri e находится так близко к родительской звезде, что получает много тепла в виде радиации. Это тепло поддерживает очень высокую температуру на планете, — сказал Ху. — При таких температурах все на планете расплавлено. Если это камень, то это расплавленная лава, которая способствует процессу газовыделения, поддерживающему вторичную атмосферу из-за расплавленной поверхности».

По его словам, газ растворяется в глобальном океане лавы планеты, постоянно «пузырясь» и образуя вторичную атмосферу.

По словам исследователя, первоначальная атмосфера 55 Cancri e состояла в основном из водорода и гелия. Однако состав вторичной атмосферы, пришедшей на смену первой, остается неопределенным.

Этот состав, по словам специалиста, зависит от того, из чего состоит порода под атмосферой. Если горная порода, состоящая из соединений, которые присоединяют электроны и водород, то и атмосфера, скорее всего, будет водородно-гелиевая. Если же порода больше похожа на мантию Земли, то во вторичной атмосфере будут доминировать вода, окись углерода и двуокись углерода.

Могут ли другие каменистые и раскаленные экзопланеты «выращивать» вторичную атмосферу?

Ученые в этом не уверены. По их словам, в 55 Cancri e есть что-то уникальное.

«Это довольно большой кусок камня, размер которого в 1,8 раза больше Земли, и это помогает удерживать летучие вещества от звездного облучения, — объяснил Ху. — Мы ожидаем, что очень маленькая каменистая планета, находящаяся на очень близкой орбите вокруг своей звезды, может потерять всю свои нестабильную атмосферу».

Это означает, что не только расстояние между планетой и ее звездой определяет, сохранит ли планета свою атмосферу или «вырастит» ли другую, но также и размер планеты. Ху отметил, что по обоим пунктам 55 Cancri e кажется «оптимизированной» для замены утраченной первичной атмосферы вторичной атмосферой.

Исследование команды было опубликовано в журнале Nature.