Medzinárodný tím astronómov s účasťou európskych a amerických inštitúcií identifikoval exoplanéta s predĺženou siluetou podobnou citrónučo si vynucuje prehodnotenie niektorých ustálených predstáv o tom, ako sa rodia a vyvíjajú svety mimo slnečnej sústavy.
Objekt, katalogizovaný ako PSR J2322-2650b, bol analyzovaný s pomocou Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST), vyvinutý NASA v spolupráci s Európskou vesmírnou agentúrou (ESA) a Kanadskou vesmírnou agentúrou. Dáta odhaľujú nielen tvar silne zdeformovaný gravitáciou, ale aj nezvyčajná atmosféra s prevahou hélia a uhlíka čo mätie vedeckú komunitu.
Plynový obor zdeformovaný do tvaru citróna
PSR J2322-2650b má hmotnosť porovnateľnú s hmotnosťou jupiterJeho tvar však zďaleka nie je guľovitý. Modely odvodené z pozorovaní JWST naznačujú, že jeho Rovníkový priemer je približne o 38 % väčší ako polárny priemer., čo mu dodáva vzhľad americkej futbalovej lopty alebo natiahnutého citróna.
Príčinou tejto extrémnej geometrie je jej blízkosť pulzarumalá, veľmi hustá neutrónová hviezda, ktorá sa otáča vysokou rýchlosťou. Planéta sa nachádza len 1,6 milióna kilometrov od svojej hviezdynepatrná vzdialenosť v porovnaní s približne 150 – 160 miliónmi kilometrov, ktoré oddeľujú Zem od Slnka. Za týchto podmienok gravitačné slapové sily Ťahajú planétu, kým sa nedeformuje.
Táto úzka obežná dráha spôsobuje, že jej rok je mimoriadne krátky: PSR J2322-2650b trvá jeden obeh okolo pulzaru približne 7,8 hodiny.V praxi je to, akoby bola planéta trvalo vystavená brutálnej gravitačnej sile, čo vysvetľuje predĺženú siluetu, ktorú vedecký tím zistil.
Samotní výskumníci priznávajú, že ich detekcia zaskočila. Po stiahnutí prvých údajov z JWST bola reakcia v skupine doslova «Čo do pekla toto je?„po overení, že objekt sa nezhoduje, či už tvarom alebo zložením, so žiadnou doteraz študovanou exoplanétou.“
Systém typu „čierna vdova“ s planétou ako obeťou
Prostredie, v ktorom sa PSR J2322-2650b pohybuje, je tiež jedinečné. Planéta obieha okolo milisekundový pulzarNeutrónová hviezda s hmotnosťou Slnka stlačená do telesa veľkosti mesta. Tieto objekty sa otáčajú stokrát za sekundu a Vyžarujú lúče elektromagnetického žiarenia ktoré sa preháňajú priestorom ako lúč majáka.
Tieto typy konfigurácií sú známe ako systémy „čiernej vdovy“V týchto prípadoch pulzar postupne oddeľuje hmotu od svojho spoločníka. Typicky je týmto spoločníkom ľahká hviezda, ktorej plynný obal je odtrhnutý a odparený bombardovaním gama lúčmi a vetrom vysokoenergetických častíc. V tomto prípade je však objektom sprevádzajúcim pulzar... exoplanéta oficiálne uznaná ako taká Medzinárodnou astronomickou úniou a nie hviezdou.
Z viac ako 6.000 XNUMX exoplanét Doteraz potvrdené, že PSR J2322-2650b vyniká ako jediný horúci plynný obor detekovaný na obežnej dráhe okolo pulzaruOkrem toho je známy len veľmi malý počet pulzarov, ktoré hostia planéty, čo robí zo systému vzácne prírodné laboratórium na štúdium extrémnej fyziky.
Pulzar vyžaruje prevažne gama lúče a iné veľmi energetické časticečo sa paradoxne ukazuje ako pozorovacia výhoda. Tieto emisie sú prakticky neviditeľný pre infračervené prístroje z teleskopu Jamesa Webba, aby teleskop mohol čisto zaznamenávať tepelné svetlo prichádzajúce z planéty bez obvyklého oslnenia od jasnej hviezdy hlavnej postupnosti.
Atmosféra s prevahou hélia a molekulárneho uhlíka
Hoci citrónový tvar robí PSR J2322-2650b jedinečným, odborníkov skutočne zmiatol jeho... exotickú atmosféruNamiesto bežných molekúl, ktoré boli pozorované na iných svetoch – ako napríklad vodná para, metán alebo oxid uhličitý-, infračervené pozorovania z JWST ukazujú zmes, v ktorej dominuje hélium a molekulárny uhlík.
Analyzované spektrá jasne vykazujú znaky C₂ a C₃Dve konfigurácie molekúl uhlíka, ktoré neboli nikdy tak jasne zistené na exoplanéte. Autori štúdie zdôrazňujú, že medzi približne 150 planetárnych atmosfér podrobne študované v rámci aj mimo slnečnej sústavy, žiadny sa nepodobá tomuto objektu.
Teploty na planéte sú extrémne vysoké. Na strane osvetlenej pulzarom dosahujú takmer 2.040 ºC, zatiaľ čo na tieňovanej strane, vždy smerovanej opačným smerom v dôsledku slapovej väzby, sú odhady okolo 650 ºCV tomto teplotnom rozsahu, ak by existovalo množstvo iných prvkov, by uhlík mal tendenciu sa s nimi spájať a tvoriť zložitejšie molekuly namiesto toho, aby sa javil ako „voľný“ molekulárny uhlík.
Analýza však naznačuje, takmer úplná absencia kyslíka a dusíka v atmosfére. Tento nedostatok vysvetľuje, prečo môže uhlík dominovať vo forme C₂ a C₃, ale zároveň predstavuje záhadu o pôvode planéty: žiadny štandardný model vzniku planét nepredpovedá také extrémne zloženie, bohaté na uhlík a tak chudobné na iné ľahké prvky.
Výskumníci dokonca poukazujú na možnosť, že existujú oblaky sadzí a uhlíkových častíc plávajúce v horných vrstvách, ktoré by v hĺbkach mohli kondenzujú a vytvárajú diamantom podobné štruktúry, podľa štúdií o minerály a horninyHoci táto myšlienka zatiaľ zostáva hypotetická, zodpovedá výpočtom tlaku a teploty vo vnútri planéty.
Pôvod, ktorý spochybňuje modely formovania planét
Pochopenie toho, ako sa mohlo sformovať teleso s týmito vlastnosťami, sa stalo jednou z veľkých záhad štúdie. Autori článku vylučujú, že PSR J2322-2650b vznikla ako „konvenčná“ planéta v protoplanetárnom diskupretože jeho chemické zloženie nezodpovedá tomu, čo sa pozoruje u iných plynných obrov blízko ich hviezd.
Hypotéza, že ide o holé pozostatky starovekej spoločníckej hviezdy Pulzar by odstraňoval vonkajšie vrstvy, ako sa to deje u typických čiernych vdov. Jadrová fyzika, ktorá riadi vnútro hviezdy, neuprednostňuje produkciu veľkého množstva takmer čistý uhlík bez významnej podpory od iných prvkov, takže tento scenár necháva súčasnú atmosféru planéty nevysvetlenú.
Jednou z alternatívnych myšlienok, ktoré sa zvažujú, je, že ako sa objekt ochladzuje, vnútorná zmes uhlík a kyslík začnú kryštalizovaťV tomto procese, uhlíkové kryštály Čistejšie prvky by mali tendenciu stúpať a miešať sa s héliom vo vonkajších vrstvách, čím by kyslík zostal viac uzavretý vo vnútri alebo zachytený v pevných fázach. Napriek tomu astronómovia uznávajú, že Nie je jasné, ako sa kyslík a dusík tak efektívne odstránili z atmosféry.
Podľa slov autorov štúdie sa zdá, že systém protirečia všetkým známym mechanizmom formovaniaPre vedeckú komunitu predstavuje tento typ zistenia výzvu, ale aj príležitosť otestovať súčasné teórie a v prípade potreby ich preformulovať.
Kľúčová úloha vesmírneho teleskopu Jamesa Webba
Objav PSR J2322-2650b bol umožnený vďaka schopnostiam James Webb Space Telescope, najvýkonnejšie aktívne vesmírne observatórium, ktoré spoločne spravujú NASAv Európska vesmírna agentúra (ESA) a Kanadská vesmírna agentúra. Nachádza sa približne 1,5 miliónov kilometrov od ZemeWebb pracuje v infračervenom spektre a je chránený pred slnečným teplom obrovskou slnečnou clonou.
Tento tepelný štít udržiava prístroje pri veľmi nízkych teplotách, čo im umožňuje zaznamenávať extrémne slabé signály. Z európskej pôdy by to bolo aj s veľkými teleskopmi... prakticky nemožné pozorovať takú riedku atmosféru podobne ako v prípade tejto exoplanéty: vlastné teplo Zeme a teplo zariadenia prispievajú k dodatočnému fotónovému šumu, ktorý maskuje meraný signál.
V konkrétnom prípade PSR J2322-2650b je skutočnosť, že Pulzar slabo svieti v infračervenom spektre To svedčilo v jeho prospech. JWST dokázal sledovať planétu po celej jej obežnej dráhe a merať, ako sa menilo vyžarované žiarenie počas jej obehu okolo neutrónovej hviezdy. To umožnilo vedcom získať obzvlášť čisté spektrum, bez typického lesku bežných hviezd.
Vďaka tejto kvalite údajov bol tím schopný nielen identifikovať prítomnosť C₂ a C₃, ale aj rekonštruovať geometriu planéty a rozloženie teploty medzi dennou a nočnou hemisférou. Tieto informácie sú kľúčové pre pochopenie toho, ako atmosféry plynných gigantov reagujú na takéto extrémne radiačné podmienky.
Od svojho vypustenia v roku 2021 priniesol vesmírny teleskop Jamesa Webba množstvo výsledkov o vzdialených galaxiách, mladých hviezdach a exoplanétach. Zistenia ako toto Posilňujú úlohu vesmírnej infraštruktúry v európskej a globálnej astronómii.a ukazujú, do akej miery stále existujú prekvapenia aj v tak dobre preštudovaných oblastiach, ako je fyzika obrovských planét.
S PSR J2322-2650b sa zoznam zvláštnych svetov rozširuje o nového člena: obrovský horúci plynný výbuch, deformovaný do tvaru citrónaTáto planéta, uhniezdená okolo milisekundového pulzaru, s atmosférou, v ktorej dominuje hélium a molekulárny uhlík, a s potenciálom pre tvorbu diamantov vo svojom vnútro, sa zďaleka nezhoduje s klasickými modelmi a stala sa hádankou, ktorá by nás s budúcimi pozorovaniami z vesmírneho teleskopu Jamesa Webba a iných observatórií mohla prinútiť upraviť naše chápanie toho, ako sa planéty formujú a vyvíjajú v extrémnych prostrediach.
