Коли космос кипить: вчені виявили найгарячіший об’єкт, схожий на Юпітер

Пошук екзопланет – планет, які обертаються навколо зірок, розташованих за межами нашої Сонячної системи – є гарячою темою в астрофізиці. З різних типів екзопланет одна гаряча в прямому сенсі: гарячі Юпітери, клас екзопланет, які фізично схожі на газову планету-гігант Юпітер з нашого власного сусідства.

На відміну від «нашого» Юпітера, гарячі Юпітери обертаються дуже близько до своїх зірок, завершують повну орбіту всього за кілька днів або навіть годин і, як випливає з їх назви, мають надзвичайно високу температуру поверхні. Вони дуже захоплюють астрофізичну спільноту. Однак їх важко вивчити, оскільки відблиски від сусідньої зірки ускладнюють їх виявлення.

Тепер у дослідженні, нещодавно опублікованому в журналі Nature Astronomy , вчені повідомляють про відкриття системи, що складається з двох небесних тіл, розташованих на відстані приблизно 1400 світлових років від нас, які разом пропонують чудову можливість для вивчення гарячої атмосфери Юпітера, а також для поглиблення нашого розуміння еволюції планет і зірок. Відкриття цієї подвійної системи – найбільш екстремальної у своєму роді відомої на сьогодні з точки зору температури – було зроблено завдяки аналізу спектроскопічних даних, зібраних Дуже Великим Телескопом Європейської Південної Обсерваторії в Чилі.

«Ми ідентифікували гарячий об’єкт, подібний до Юпітера, який обертається навколо зірки, і є найгарячішим із усіх знайдених, приблизно на 2000 градусів гарячішим за поверхню Сонця», – каже провідний автор дослідження доктор Наама Халлакун, асоційований аспірант. з командою доктора Сагі Бен-Амі у відділі фізики елементарних частинок та астрофізики Інституту науки Вейцмана. Вона додає, що, на відміну від затемнених відблисків гарячих планет Юпітера, можна побачити та вивчити цей об’єкт, оскільки він дуже великий порівняно з головною зіркою, навколо якої він обертається, яка в 10 000 разів тьмяніша за звичайну зірку. «Це робить його ідеальною лабораторією для майбутніх досліджень екстремальних умов гарячого Юпітера», — каже вона.

Розширення дослідження, яке вона провела в 2017 році з професором Даном Маозом, її доктором філософії. Радник Тель-Авівського університету, нове відкриття Халлакуна може дати змогу отримати більш чітке розуміння гарячих Юпітерів, а також еволюції зірок у подвійних системах.

Масивний коричневий карлик з «місячною» орієнтацією

Подвійна система, яку відкрили Халлакун і його колеги, включає два небесні об’єкти, які обидва називаються «карликами», але вони дуже різні за своєю природою. Один — «білий карлик», залишок зірки, схожої на Сонце, після того, як вона вичерпала своє ядерне паливо. Інша частина пари, а не планета чи зірка, — це «коричневий карлик» — член класу об’єктів, які мають масу між масою газового гіганта, такого як Юпітер, і маленької зірки.

Коричневих карликів іноді називають невдалими зірками, оскільки вони недостатньо масивні, щоб запускати реакції синтезу водню. Однак, на відміну від планет-гігантів, коричневі карлики досить масивні, щоб витримати «тягу» своїх зіркових партнерів.

«Гравітація зірок може призвести до того, що об’єкти, наближаючись надто близько, розпадуться на частини, але цей коричневий карлик щільний, його маса у 80 разів більша за Юпітер, — каже Халлакун. «Це дозволяє йому вижити неушкодженим і сформувати стабільну подвійну систему».

Коли планета обертається дуже близько до своєї зірки, диференціальні сили тяжіння, що діють на ближній і дальній стороні планети, можуть спричинити синхронізацію орбітального та обертального періодів планети. Це явище, яке називається «приливним блокуванням», назавжди фіксує один бік планети в положенні, спрямованому до зірки, подібно до того, як Місяць Землі завжди звернений до Землі, тоді як його так звана «темна сторона» залишається поза полем зору. Приливне блокування призводить до надзвичайної різниці температур між «денною» півкулею, що бомбардується прямим зоряним випромінюванням, та іншою, зверненою назовні «нічною» півкулею, яка отримує набагато меншу кількість радіації.

Інтенсивне випромінювання їхніх зірок спричиняє надзвичайно високу температуру поверхні гарячих Юпітерів, і розрахунки Халлакуна та її колег, зроблені щодо парної системи білого карлика та коричневого карлика, показують, наскільки гарячими можуть бути речі. Аналізуючи яскравість світла, випромінюваного системою, вони змогли визначити температуру поверхні орбітального коричневого карлика в обох півкулях. Вони виявили, що денна температура становить від 7250 до 9800 Кельвінів (приблизно 7000–9500 градусів за Цельсієм ), яка така ж гаряча, як зірки типу А – подібні до Сонця зірки, які можуть бути вдвічі масивніші за Сонце – і гарячіші. ніж будь-яка відома гігантська планета. Температура нічної сторони, з іншого боку, становить від 1300 до 3000 Кельвінів (приблизно 1000-2700 за Цельсієм), що призводить до екстремальної різниці температур приблизно в 6000 градусів між двома півкулями.

Рідкісний проблиск у незвіданий регіон

Халлакун каже, що система, яку вона та її колеги відкрили, дає можливість вивчити вплив екстремального ультрафіолетового випромінювання на планетарні атмосфери. Таке випромінювання відіграє важливу роль у різноманітних астрофізичних середовищах, від областей зореутворення, через первісні газові диски, з яких планети формуються навколо зірок, до атмосфер самих планет. Це інтенсивне випромінювання, яке може призвести до випаровування газу та руйнування молекул, може мати значний вплив як на зоряну, так і на планетарну еволюцію. Але це ще не все.

«Пройшов лише один мільйон років з моменту утворення білого карлика в цій системі — мізерний проміжок часу в астрономічному масштабі — ми отримали рідкісне уявлення про перші дні цієї компактної подвійної системи», — говорить Халлакун. Вона додає, що хоча еволюція одиночних зірок досить добре відома, еволюція взаємодіючих подвійних систем все ще погано вивчена.

«Гарячі Юпітери є антиподом населених планет — вони надзвичайно негостинні місця для життя», — говорить Халлакун. «Майбутні спектроскопічні спостереження високої роздільної здатності цієї гарячої системи, схожої на Юпітер, — ідеально зроблені за допомогою нового космічного телескопа Джеймса Вебба НАСА — можуть виявити, як спекотні умови з високим опроміненням впливають на структуру атмосфери, що може допомогти нам зрозуміти екзопланети в інших частинах Всесвіту.”

За матеріалами scitechdaily.com