Экзопланета Kepler-1520b настолько близка к звезде-хозяину, что выходит на орбиту всего за полдня. В этой непосредственной близости, Kepler-1520b приливно привязан к гравитационной устойчивости, удерживая одну половину планеты лицом к звезде, а другую половину всегда обращенной в сторону. К сожалению для Kepler-1520b, это устройство превращает обращенную к звездам сторону планеты в вспенивающуюся массу расплавленного камня и магматических морей, медленно испаряющихся в космос.
Несмотря на то, что Kepler-1520b недолго для этой галактики, астрономы стремятся узнать больше о распадающемся мире, расположенном на расстоянии около 2000 световых лет от Земли. Кометоподобный хвост пыли и обломков планет может дать представление о фундаментальном процессе формирования всех планет в галактике. Новые телескопы, такие как космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб», запуск которого запланирован на 2021 год, могут быть способны исследовать облако позади Kepler-1520b и двух других медленно распадающихся миров.
«Состав в системе экзопланет может существенно отличаться от солнечной системы», - говорит Ева Бодман, исследователь экзопланет в Университете штата Аризона. По мере открытия все большего числа экзопланет астрономы поражаются тому, насколько уникальной наша солнечная система выглядит с других планет, вращающихся вокруг других звезд. Бодман решил выяснить, возможно ли измерить состав маленькой, каменистой, распадающейся экзопланеты, изучая обломки, которые путешествуют по ее следам. Но была проблема.
Чтобы обнаружить отпечатки скалистых элементов, необходимо изучить миры в инфракрасном диапазоне. Наземные телескопы недостаточно чувствительны, чтобы их заметить, оставляя только космический телескоп Спитцер, который скоро выйдет из НАСА, и SOFIA, телескоп, который несут над атмосферой на борту Боинга 747. Ни у одного из приборов нет возможности искать скалистый материал, Бодман. говорит. Но Джеймс Уэбб, предназначенный для изучения экзопланет в инфракрасном диапазоне, а также в древних галактиках и самых отдаленных объектах вселенной, должен иметь возможность заглядывать сквозь облака мусора и выявлять некоторые из их компонентов.
Космический телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2021 год, может быть достаточно мощным, чтобы измерить внутренние композиции скалистых экзопланет, поскольку они разрываются на части своими звездами. (NASA) «Уэбб мог бы измерить относительное содержание различных минералов», - говорит Бодман. «Из этого мы можем сделать вывод, что геохимия внутренней части этих планет была еще до того, как они начали распадаться». Выводы Бодман и ее команды о возможности изучения распадающихся экзопланет были опубликованы в Астрономическом журнале в конце прошлого года.
**********
В 2012 году ученые, изучающие данные космического телескопа НАСА Kepler, обнаружили признаки того, что мир медленно разрушается под воздействием тепла и давления, Kepler-1520b. В последующие годы были обнаружены еще две расколотые планеты среди тысяч экзопланет, открытых Кеплером и его расширенной миссией К2. Эти скалистые тела, окружающие свои звезды всего за несколько часов, имеют температуру до 4200 градусов по Цельсию (7640 градусов по Фаренгейту) в перегретых областях, обращенных к звездам.
Экстремальные температуры способствуют распаду планеты. «Атмосфера - это просто каменный пар», - говорит Бодман. «Именно явное тепло планеты отталкивает эту атмосферу паров горной породы».
Излучение, создаваемое звездами, наталкивается на испаренную атмосферу планеты, создавая облачный хвост. Хотя Кеплер не смог непосредственно измерить, насколько большими были покрытые планеты, модели показывают, что они находятся между размером Луны и Марса. Все более компактно, и процесс дезинтеграции прекращается.
Однако эти объекты не всегда были такими маленькими и сморщенными. Считается, что Kepler-1520b и два других подобных объекта образовались в виде газовых гигантов, после чего они мигрировали к своим звездам-хозяевам и были полностью раздеты до скалистого ядра.
В последние годы ученые-экзопланеты добились больших успехов, изучая атмосферу больших газообразных планет, вращающихся вокруг других звезд. Большая часть этого материала богата водородом и гелием и может быть идентифицирована с помощью космического телескопа Хаббла НАСА. Но каменистые материалы попадают в другую часть спектра, «в длинах волн, которых Хаббл в настоящее время не может достичь», говорит Кникол Колон, исследователь-астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде, который изучал распадающуюся планету K2-22. «С Джеймсом Уэббом мы сможем выйти на эти длины волн».
Используя Уэбба для поиска таких материалов, как железо, углерод и кварц, астрономы могли бы лучше понять, что происходит в отдаленных мирах. «Если бы мы смогли обнаружить какую-либо из этих особенностей, мы могли бы с уверенностью сказать, из чего сделаны эти каменистые тела», - говорит Колон. «Это, безусловно, может быть очень информативным для понимания скалистых экзопланет в целом».
Планеты образуются из облака пыли и газа, оставшихся после рождения звезды. Ученые считают, что миры солнечной системы были созданы в процессе, известном как наращивание гальки, в котором маленькие частицы пыли и газа объединяются, чтобы создать все более и более крупные объекты. В конце концов, ядра газовых гигантов становятся достаточно массивными, чтобы привлечь остаточный газ, образуя их толстые атмосферы. Но точные шаги по-прежнему сложно определить.
Интерьеры планет вокруг других звезд будут различаться в зависимости от элементов, найденных в этой конкретной среде. Сортировка по этим различиям может помочь исследователям лучше понять те дразнящие первые шаги формирования планеты.
Изображение художника скалистой экзопланеты размером с Землю, вращающейся вокруг другой звезды. (НАСА Эймс / JPL-Калтех / Т. Пайл) «Нет никаких причин, по которым Солнечная система должна отличаться от экзопланет, и наоборот», - говорит Колон. «Мы все планеты, поэтому мы все сформировались, возможно, одинаково. Понимание этих планет - еще один шаг в процессе к более широкой картине».
Но даже с подобными процессами формирования, Бодман подозревает, что планеты вокруг других звезд могут не выглядеть столь знакомыми. «Состав в системе экзопланет может существенно отличаться от солнечной системы», - говорит она.
Хотя Уэбб сможет только выявить информацию о составе экзопланет, современные инструменты могут однажды позволить распадающимся планетам раскрыть еще больше о себе. По мере разрушения планет астрономы могли беспрецедентно взглянуть на свои интерьеры, возможно, вплоть до ядра. «Теоретически, мы могли бы знать больше об этих экзопланетах, чем даже о Земле, и определенно больше, чем о других планетах Солнечной системы», - говорит Бодман.
**********
В отличие от звезд, которые могут сиять в течение десятков миллиардов лет, разорванные миры остаются только относительно короткое время. Моделирование показывает, что планетам типа K2-22 осталось около 10 миллионов лет, прежде чем они будут полностью уничтожены. И поскольку все три мира вращаются вокруг звезд, возраст которых составляет миллиарды лет, они, вероятно, не очень долго находились на своих нынешних позициях.
Бодман и Колон думают, что обреченные планеты, вероятно, сформировались далеко в своей системе, а затем со временем мигрировали внутрь. Взаимодействия с другими планетами могли бы швырнуть их на роковые траектории, хотя все три из этих распадающихся планет являются единственными известными спутниками их звезд-хозяев. Бодман говорит, что, вероятно, миры только недавно начали близкую орбиту своих звезд, но как они туда попали, остается открытым вопросом.
Короткое время жизни распадающейся планеты - лишь проблеск в более длинной жизни звезды - возможно, поэтому было найдено так мало таких миров. «Они определенно редки», - говорит Бодман.
Обе женщины согласны с тем, что есть большая вероятность того, что еще одна или две распадающиеся экзопланеты содержатся в данных Кеплера, особенно самые последние результаты К2. А недавно запущенный транзитный обзорный спутник Exoplanet (TESS), который уже обнаружил сотни новых планет, будет производить еще больше.
«Я думаю, что потребуется время, чтобы просеять все, но я надеюсь, что мы найдем больше», - говорит Колон.
