Maždaug už 880 šviesmečių nuo Žemės esanti chaotiška egzoplaneta lėtai praranda savo atmosferą į kosmosą ir sudaro dvi milžiniškas helio uodegas, kurios tęsiasi daugiau nei per pusę jos žvaigždės orbitos.
Naujo tyrimo autoriai teigia, kad toks reiškinys užfiksuotas pirmą kartą. Astronomai ir anksčiau yra stebėję egzoplanetas su „besandaria“ atmosfera, tačiau paprastai tai būdavo tik trumpi žvilgsniai tuo metu, kai planeta praskrieja priešais savo žvaigždę.
Šį kartą mokslininkams pavyko nuolat stebėti atmosferos pasišalinimą per visą egzoplanetos orbitą. Tai suteikė naujos informacijos apie patį procesą – kaip jis vyksta, kas nutinka prarastoms dujoms ir ką tai gali reikšti planetų raidai.
Karštasis „Jupiteris“ su metaliniais debesimis
Tyrimas skirtas WASP‑121b, dar vadinamai Tylos. Tai – jau anksčiau išgarsėjusi itin ekstremali egzoplaneta, kurioje, kaip manoma, egzistuoja išgarintų metalų debesys, rubinų ir safyrų lietūs bei greičiausia mokslo žinoma atmosferos čiurkšlė.
Tylos priskiriama vadinamiesiems itin karštiems „Jupiteriams“ – už Saulės sistemos ribų esančioms dujinėms milžinėms, kurios dydžiu primena Jupiterį, tačiau yra gerokai arčiau savo žvaigždžių ir dėl to daug karštesnės.
Tylos orbituoja taip arti savo žvaigždės, kad jai užtenka vos 30 valandų pilnam apsisukimui. Kitaip tariant, metai šioje planetoje trunka maždaug tiek, kiek viena Žemės para.
Toks artumas žvaigždei reiškia ekstremalias sąlygas. Intensyvi radiacija įkaitina planetos atmosferą iki kelių tūkstančių laipsnių. Tokios sąlygos sukuria įvairių keistenybių, tarp jų – lengvųjų dujų, tokių kaip vandenilis ir helis, pabėgimą į kosmosą.
Kaip planetos praranda atmosferą
Atmosferos pabėgimas gali vykti gana greitai tam tikromis sąlygomis, tačiau dažnai tai – lėtas, ilgalaikis procesas, kai dujos pamažu „nuteka“ į kosmosą. Vis dėlto net ir toks lėtas nuotėkis ilgainiui gali smarkiai pakeisti planetos dydį ir sudėtį, o kartu ir jos raidą.
Dauguma to, ką žinome apie atmosferos pabėgimą, remiasi duomenimis, surinktais tranzito metu, kai planeta praskrieja priešais savo žvaigždę. Toks reiškinys trunka vos kelias valandas ir leidžia fiksuoti tik nedidelę dalį to, kas vyksta per visą planetos orbitą.
Rekordinis JWST stebėjimas
Naujajame tyrime mokslininkai Tylos stebėjo beveik 37 valandas iš eilės, naudodami Džeimso Webbo kosminio teleskopo (JWST) artimojo infraraudonojo ruožo vaizdavimo ir spektrografijos instrumentą (NIRISS). Tai leido pirmą kartą surinkti precedento neturinčius duomenis iš daugiau nei pilno planetos orbitos ciklo.
Mokslininkai analizavo infraraudonųjų spindulių ruože fiksuojamą helio sugertį – tai patikimas atmosferos pabėgimo rodiklis. Paaiškėjo, kad helio „šydas“ tęsiasi gerokai toliau nei pati planeta ir užima beveik 60 procentų visos Tylos orbitos.
Tai – ilgiausias nenutrūkstamas atmosferos pabėgimo stebėjimas iki šiol. Kaip rašo tyrėjai publikacijoje, jis atskleidžia „pastovų ir didelio masto atmosferos išsiveržimą“.
Dvi milžiniškos helio uodegos
Netikėčiausia tai, kad Tylos nesudaro vienos dujų srovės. Helio atomai formuoja dvi aiškias uodegas: viena driekiasi planetai atsiliekant orbitoje, o kita – priešais ją. Abi šios uodegos yra milžiniškos ir kartu dengia plotą, daugiau nei 100 kartų viršijantį pačios Tylos skersmenį.
„Mus nepaprastai nustebino tai, kokia ilga yra helio srovė“, – teigia pagrindinis tyrimo autorius Romainas Allartas, Monrealio universiteto ir Trottier egzoplanetų tyrimų instituto astronomas.
„Šis atradimas atskleidžia sudėtingus fizinius procesus, formuojančius egzoplanetų atmosferas ir jų sąveiką su žvaigždės aplinka, – papildo jis. – Mes tik pradedame suvokti tikrąjį šių pasaulių sudėtingumą.“
Mokslinė mįslė: kodėl uodegų yra dvi?
Dvi helio uodegos kelia galvosūkį astronomams. Dabartiniai kompiuteriniai modeliai gana gerai paaiškina vieną iš planetos „nutekančią“ dujų uodegą, tačiau sunkiai atkuria mechanizmą, galintį suformuoti dvi priešingomis kryptimis besidriekenčias sroves.
Mokslininkų teigimu, viena uodega greičiausiai formuojasi dėl žvaigždės spinduliuotės ir žvaigždinio vėjo, kurie „pastumia“ dujas už planetos. Kita uodega gali būti susijusi su žvaigždės gravitacija, kuri pritraukia ir iškreipia dujų srovę taip, kad ji išlinksta į priekį, prieš planetą jos orbitoje.
Norint išsiaiškinti, kaip tiksliai šios ir kitos jėgos veikia atmosferos srautus, reikės daugiau tyrimų. Surinkti duomenys taps pagrindu naujoms trimatėms simuliacijoms, kurios tiksliau atkartotų sudėtingą šių procesų fiziką.
Ką tai sako apie planetų raidą?
Be Tylos dvigubų helio uodegų išaiškinimo, gilesnis atmosferos praradimo supratimas gali atskleisti ir bendresnius planetų raidos dėsnius. Vienas iš esminių klausimų – ar tokie ilgamečiai dujų „nutekėjimai“ gali paversti milžiniškas dujines planetas mažesnėmis, Neptūną primenančiomis pasauliais arba net palikti tik „nuogus“ uolinių branduolių likučius.
„Tai išties lūžio taškas, – sako Allartas. – Dabar turime iš naujo permąstyti, kaip modeliuojame atmosferos masės praradimą – ne kaip paprastą srautą, o kaip sudėtingą trimatę struktūrą, sąveikaujančią su žvaigžde. Tai kritiškai svarbu norint suprasti, kaip planetos evoliucionuoja ir ar dujiniai milžinai gali virsti plikais uoliniais kūnais.“
