В системе звезды AU Микроскопа (AU Microscopii) в 32 световых годах от Земли молодая звезда термоядерными вспышками сдувает атмосферу с ближайшей к себе планеты AU Mic b. Первое наблюдение «Хаббла» за экзопланетой полтора года назад не показало ничего необычного, тогда как свежий снимок AU Mic b обнаружил чудовищные водородные шлейфы за планетой и перед ней, что указало на внезапное лишение её значительной части атмосферы.

Экзопланета в системе AU Микроскопа в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, and Joseph Olmsted (STScI)

Ранее учёные никогда не фиксировали настолько сильных отличий между наблюдениями одного и того же объекта (экзопланеты) с такой небольшой разницей во времени. Экзопланета должна была примерно одинаково «пылить» своей атмосферой тогда и сегодня.

«Мы никогда не видели, чтобы за такой короткий период времени при прохождении планеты перед своей звездой уход атмосферы переходил от совершенно неразличимого к явно обнаруживаемому, — сказала Кили Рокклифф (Keighley Rockcliffe) из Дартмутского колледжа в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир. — Мы действительно ожидали чего-то очень предсказуемого, повторяющегося. Но это оказалось странным. Когда я впервые увидела это, я подумала: "Этого не может быть"».

Возраст звезды AU Mic составляет менее 100 млн лет. Это красный карлик, меньше и холоднее Солнца, но молодой возраст звезды сказывается на её характере. Он поистине взрывной! В её недрах происходят частые и активные термоядерные реакции, порождающие вспышки, кратно превосходящие по мощности вспышки на Солнце. Ситуацию усугубляет то, что экзопланета AU Mic b вращается очень близко к звезде — на удалении менее 10 млн км, что в десять раз ближе орбиты Меркурия.

Сочетание близости планеты к своей звезде с активностью самой звезды позволяет учёным наблюдать систему в экстремальном взаимодействии. На основе наблюдений можно изучить граничные условия параметров сохранения планетами атмосферы. В конечном итоге нам интересно и полезно знать, насколько велики шансы у экзопланет сохранить свою атмосферу, чтобы у неё появился шанс зародить биологическую жизнь.

«Это откровенно странное наблюдение является своего рода стресс-тестом для моделирования и физики планетарной эволюции. Это наблюдение очень интересно, потому что мы получаем возможность исследовать взаимодействие между звездой и планетой в самом экстремальном режиме», — сказала астроном.

Экзопланета AU Mic b представляет собой газовый мир размерами с Нептун или в четыре раза больше Земли. Если звезда продолжит сдувать с неё атмосферу с замеченной интенсивностью, то из газового гиганта она может превратиться в скалистое тело мало пригодное для зарождения жизни. Впрочем, её близость к звезде даже с учётом того, что это красный карлик, не оставляет шансов на появление там той жизни, которая нам известна. Но как пример для уточнения моделей эволюции планетарных атмосфер — это очень удачное открытие и оно готово пролить толику света на тайны Вселенной.

Вода является непременным условием зарождения жизни, которая нам известна. Но одной воды недостаточно. Она должна быть в жидком виде и, в идеале, плескаться между скал живописными озёрами, реками, морями и океанами. Признаки будущего сочетания всего перечисленного «Джеймс Уэбб» обнаружил в звёздной системе на удалении 370 световых лет от нас. Это первый раз, когда воду нашли в зоне формирования обитаемых планет земного типа.

Система PDS 70 в представлении художника. Источник изображения: MPIA

Открытие сделано в системе PDS 70, в зоне обитаемости которой уже обнаружены экзопланеты и даже две на одной орбите. Звезда-хозяйка системы относится к звёздам спектрального класса K. Она холоднее Солнца. Её возраст оценивается в 5,7 млн лет, и она сравнительно стара для наличия у неё протопланетного диска. Тем не менее, у звезды есть протопланетный диск, и он разделён на две части с зазором 8 млрд км, в котором расположились две экзопланеты-гиганты.

Следовательно, когда-нибудь в будущем в протопланетных дисках зародятся планеты, и те, которые ближе к звезде, окажутся в зоне её обитаемости. Иначе говоря, вода на них будет в жидком виде, и эти экзопланеты обещают оказаться земного типа из скальных пород, что подтвердило наблюдение «Уэбба».

Спектрометры этой космической обсерватории показали как наличие крупных гранул скалистой пыли во внутреннем протопланетном диске, так и водяного пара, что стало сюрпризом. Ещё никто не обнаруживал водяной пар в протопланетных дисках на такой близости к звезде на таких поздних сроках существования протопланетного диска. Согласно принятым моделям эволюции звёзд и систем, ультрафиолетовое излучение звезды к моменту наблюдения за ней должно было разрушить молекулы воды. Но по каким-то причинам этого не произошло. Тем самым в ближнем протопланетном диске звезды одновременно собираются в протопланеты пыль и камни, и одновременно на них будет скапливаться вода, что в итоге обещает привести к появлению скалистого мира потенциально пригодного для зарождения жизни.

Данные «Уэбба» по обнаружению в спектре воды почти идеально совпали с теоретически предсказанными. Источник изображения: NASA

Водяной пар обнаружен на удалении 160 млн км от звезды. Это немного дальше, чем Земля находится от Солнца (от нас до нашей звезды 149,6 млн км), но ещё достаточно, чтобы вода там была в жидком виде. Остаётся загадкой, как воде удалось туда попасть, или избежать разрушения ультрафиолетом. На этот счёт есть две гипотезы. Согласно одной, вода появилась в процессе реакции водорода с кислородом. По другому предположению, вода попала во внутренний протопланетный диск из внешнего холодного диска в виде льда и превратилась в нём в пар. Дальнейшие наблюдения помогут найти ответ на эту загадку. О своём открытии учёные сообщили в журнале Nature.

Учёные обнаружили второго кандидата в планеты-изгои земной массы. Напрямую такие объекты увидеть нельзя — они одиноко путешествуют в межзвёздном пространстве и абсолютно темны. Засечь такую планету можно лишь по эффекту микролинзирования, когда она своей гравитацией меняет яркость фоновой звезды при прохождении рядом с ней. Новое открытие показало, что планет-изгоев намного больше, чем ожидалось. В нашей галактике их в 20 раз больше, чем звёзд.

Планета-изгой в представлении художника. Источник изображения: NASA Goddard Space Flight Center

В процессе формирования планетных систем планеты меньшей массы могут быть легче всего выброшены из системы в процессе сложных гравитационных манёвров зародышей планет большей массы. Это заставляет предположить, что большинство планет-изгоев — одиноко летящих между звёзд — земной или меньшей массы. Девять лет наблюдений по программе поиска планет-изгоев по эффекту микролинзирования позволяют считать, что таких планет во Вселенной несметное количество.

Так, по данным группы учёных NASA и японского Университета Осаки, которые пользовались результатами программы на базе работы обсерватории Университета Маунт-Джон в Новой Зеландии, в нашей галактике триллионы планет-изгоев земной или меньшей массы. Фактически, их может быть в 20 раз больше, чем звёзд в Млечном Пути или в шесть раз больше, чем миров, кружащих по своим орбитам вокруг звёзд в нашей галактике.

Работа по анализу демографии блуждающих миров и работа по обнаружению второго кандидата в такой мир-беглец будут чуть позже опубликованы в журнале The Astronomical Journal. Новое исследование также позволило изменить оценку вероятностей обнаружения планет-изгоев будущим космическим телескопом им. Нэнси Грейс Роман. Этот телескоп будет обладать широчайшим полем обзора и сможет регистрировать множественные случайные события типа микролинзирования. И если раньше от него ждали обнаружения порядка 50 планет-изгоев земной массы, то теперь учёные предсказывают возможность обнаружения не менее 400 таких миров!

Было бы здорово, если бы на орбите Земли была ещё одна похожая на неё планета. Гравитационная система звезда-планета такое допускает, хотя до недавнего времени людям ещё ни разу не удалось наблюдать подобное во Вселенной. Учёные сообщили, что впервые получили подтверждение возможности существования двух планет на одной орбите.

Источник изображения: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Balsalobre-Ruza

Как известно, система звезда-планета имеет пять так называемых точек Лагранжа, где может располагаться третье тело и быть в гармоничном гравитационном балансе с двумя другими. Точки L₁ и L₂ расположены вне орбиты на некотором удалении от планеты (в них традиционно помещают космические обсерватории, чтобы они по минимуму расходовали горючее), точка L₃ находится строго на противоположной стороне орбиты за звездой, а точки L₄ и L₅ расположены строго на орбите планеты — первая опережает её, а вторая отстаёт.

На орбите Юпитера, например, в точках L₄ и L₅ находятся троянские астероиды. По аналогии с этим названием экзопланеты в таких же точках Лагранжа стали называть троянскими экзопланетами. Именно такую троянскую экзопланету обнаружили астрономы при наблюдении массивом радиотелескопа ALMA за молодой звёздной системой PDS-70 в 370 годах от Земли. Точнее, в точке Лагранжа L₅ был обнаружен слабосветящийся объект, который учёные определили как зародыш экзопланеты. Троянской экзопланеты.

Пока учёные лишь предполагают, что они видят именно то, о чём подумали. Второе и, возможно, более детальное наблюдение системы PDS-70 ожидается в 2026 году. Оно может дать более точные ответы на поставленные вопросы. А пока данные опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics и доступны для критической дискуссии.

Европейские учёные обнаружили экзопланету, атмосфера которой защищена от перегрева лучами ближайшей звезды благодаря металлическим облакам. По данным Европейского космического агентства (ESA), планета отражает 80 % света звезды. Речь идёт о первой планете за пределами Солнечной системы, столь же «зеркальной», как и Венера.

Планета LTT9779b на орбите звезды, художественная иллюстрация. Источник изображения: ESA

Планета LTT9779b, расположенная в 260 световых годах от Земли, открыта ещё в 2020 году с помощью космического телескопа TESS агентства NASA. С помощью космического телескопа ESA Characterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS) выяснить, что в атмосфере планеты буквально формируются облака из металла и идут титановые дожди. Благодаря этому, облачный слой планеты формирует своеобразное «зеркало», защищающее её от ближайшей звезды.

По размеру планета сопоставима с Нептуном (около 50 тыс. км в диаметре) и совершает полный оборот вокруг звезды за 19 часов. Из-за близости к звезде на планете очень высокая температура — несмотря на защиту металлических облаков, на освещаемой звездой стороне LTT9779b она достигает 2 тыс. градусов по Цельсию. Хотя астрономы считали, что при такой температуре формирование облаков невозможно, они всё же есть.

«Это было настоящей головоломкой, пока мы не подумали о процессе формирования облаков как о конденсации, которая остаётся в ванной после горячего душа», — цитирует ТАСС соавтора исследования Вивьен Парментье из Обсерватории Лазурного берега.

Согласно результатам исследования, раскалённые жидкие металлы и минералы-силикаты насыщают атмосферу планеты до степени формирования металлических облаков, как зеркало отражающих внешнее излучение. Это, в частности, позволяет защитить атмосферу от «выветривания». Данные об исследовании уже опубликовали в журнале Astronomy & Astrophysics.

Ранее сообщалось, что учёные обнаружили экзопланету, на которой идут дожди из железа, а в атмосфере присутствуют каменные испарения — климат на ней тоже немыслим для посещения человеком и, вероятно, существования любой белковой жизни вообще.

Повторное изучение газового гиганта WASP-76b в удалённой от нас на 634 световых года чужой звёздной системе выявило признаки «каннибализма» — возможного поглощения одним миром другого. Горячий юпитер WASP-76b давно известен учёным. Он настолько близок к своей звезде, что его атмосфера разогревается более чем до 2000 °C. Это поднимает в «воздух» так много разных элементов, что эта планета стала источником множества удивительных открытий.

С неба экзопланеты WASP-76b льют дожди из расплавленного железа, как это представляет себе художник. Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

Экзопланета WASP-76b проходит по диску своей звезды каждые 1,8 суток. Каждый раз звезда пронизывает своими лучами раздувшуюся от такого нагрева атмосферу экзопланеты, а это — бесценный источник для спектрального анализа состава атмосферы газового гиганта. Новое изучение линий поглощения в спектре позволило различить, по меньшей мере, 11 отдельных элементов, часть которых указывает на склонность планеты к саморазрушению.

В частности, в атмосфере WASP-76b впервые в истории наблюдений за экзопланетами с высокой степенью достоверности обнаружен оксид ванадия.

«Эта молекула представляет большой интерес для астрономов, поскольку она может оказывать большое влияние на структуру атмосферы горячих планет-гигантов, — объяснили исследователи. — Эта молекула играет роль, аналогичную роли озона, чрезвычайно эффективно нагревая верхние слои атмосферы».

В дополнение к уже упомянутым железу и ванадию в атмосфере экзопланеты обнаружены натрий, кальций, хром, литий, водород, магний, азот, марганец, калий и барий. Напротив, следов титана и алюминия, которые имеют высокую температуру плавления, в атмосфере WASP-76b не выявлено.

Интересным моментом стало обнаружение в атмосфере WASP-76b элементов, которые определяются у звезды-хозяйки, как и удивило скромное присутствие элементов, которые часто и густо встречаются на каменистых планетах, таких как Земля, Венера, Марс и Меркурий. Всё вместе может служить разгадкой фаз формирования планет-гигантов. В отличие от каменистых планет, которые разрастаются снизу, накапливая вещество вокруг ядра как снежный ком, катящийся с горы, газовые гиганты могут рождаться процессами сверху — как звёзды, вещество которых постепенно уплотняется под воздействием гравитации.

Но самое интересное — в атмосфере WASP-76b выявлены элементы, которые по всем законам не должны были там появиться.

«Это первое исследование, в котором с высокой точностью измеряется содержание таких химических элементов, как никель, магний и хром, на планете-гиганте, — заявил астрофизик Мохамад Али-Диб из Объединенных Арабских Эмиратов. — Отклонения их значений от ожидаемых привели нас к предположению, что WASP-76b могла проглотить другую, гораздо меньшую планету, с таким же химическим составом, как у Меркурия».

«Поколения исследователей использовали измерение количества водорода и гелия на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне для проверки теорий образования газообразных планет, — напоминают учёные. — Аналогичным образом, измерения содержания более тяжелых элементов на WASP-76b, таких как кальций и магний, помогут в дальнейшем понимании формирования газообразных планет».

Поиск экзопланет сегодня — это одна из наиболее активно развивающихся сфер в астрономии. Быстро выяснилось, что только в нашей галактике могут находиться десятки миллиардов планет — в среднем по одной на каждую звезду в Млечном Пути. А в таком объёме всегда есть место для чего-то очень и очень необычного. И учёные нашли экзопланету, которой по всем известным нам законам не должно было существовать.

Источник изображения: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko

Планета 8 Ursae Minoris b с примерной массой Юпитера с орбитальным радиусом вполовину меньше расстояния от Земли до Солнца была обнаружена в 2015 году группой южнокорейских астрономов, что впоследствии позволило звезде и планете получить корейские имена: Пэкду (Baekdu) и Халла (Halla), в честь самых высоких гор на Корейском полуострове. Наличие экзопланеты Халла у звезды Пэкду было определено по колебанию доплеровского смещения. В таких случаях звезда и планета вращаются вокруг общего центра масс, и звезда то движется в нашу сторону, то улетает от нас, что видно по изменениям спектральных линий в её свете.

Многолетние наблюдения за системой показали, что колебания доплеровского смещения однозначно соответствует присутствию массивного объекта на орбите вокруг звезды и не может быть ошибкой, что иногда случается в таких случаях. Иначе говоря, планета Халла — это не ошибка в измерениях. Планета действительно существует, но в то же время её не должно было там быть, как показали другие данные.

Дело в том, что звезда Пэкду находится на стадии сжигания гелия, что также показал спектральный анализ её излучения. Это означает, что она прошла стадию сброса оболочки, которая происходит после того, как весь водород в её ядре превратился в гелий — тогда ядро сжимается, а оболочка расширяется в сто или более раз, поглощая и уничтожая всё на своём пути. Через миллиарды лет подобное произойдёт с нашим Солнцем и тогда Меркурий, Венера и Земля будут уничтожены в нашей системе. Но как в такой ситуации могла уцелеть экзопланета в далёкой звёздной системе?

Вероятные сценарии развития событий. Источник изображения: Brooks G. Bays, Jr, SOEST/University of Hawai

На этот счёт учёные предложили два варианта развития событий. Во-первых, если ранее система была двойной, то расширение оболочки более старой звезды могло бы «упереться» в более молодую звезду и сброс был бы ограничен сравнительно небольшим пространством. Во-вторых, экзопланета могла образоваться уже после сброса оболочки со звезды из её вещества. В любом случае оба процесса требуют сочетания достаточно редких условий, чтобы один из них стал реальностью. Но планета — вот она! Она есть и это факт, что лишний раз напоминает нам, что во Вселенной достаточно уголков, где может происходить такое, что нам и не снилось.

Международная группа учёных рассказала о планете, дальнейшее изучение которой поможет понять, какое будущее ждёт Землю с расширением Солнца — наша планета может стать либо очень горячей, либо превратиться в новую молодую Венеру.

Источник изображения: cornell.edu

Открытая в 2022 году планета LP 890-9c вращается вокруг красного карлика в 100 световых годах от нас, и она на 37 % крупнее Земли. Красные карлики холоднее Солнца, но и LP 890-9c вращается на расстоянии всего в 6,4 млн км от своей звезды, тогда как от Земли до Солнца 149 млн км. Исследователи считают, что при таких условиях на планете может быть жидкая вода. Если они правы, планета находится в обитаемой зоне — она достаточно удалена от звезды, чтобы на ней могла возникнуть жизнь, но там не настолько жарко, чтобы океаны выкипели, и всё живое погибло. Последний сценарий настиг нашу Венеру, лежащую вне обитаемой зоны.

LP 890-9c находится на внутреннем крае обитаемой зоны — по аналогии ближе Земли, но дальше Венеры. Возможно, она пребывает на том этапе, когда уже началось испарение воды и был запущен процесс превращения в подобие Венеры. Исследователи хотят понять, до какой степени должна раскалиться планета, чтобы она выпустила всю свою воду в космос. Они подготовили три модели с наиболее вероятными сценариями: влажный и мягкий мир наподобие Земли; планета с безудержным развитием парникового эффекта; а также жаркий и бесплодный мир наподобие Венеры.

К сожалению, наблюдение за объектом через доступные авторам телескопы не позволяет им причислить LP 890-9c к какой-либо из этих категорий. Поэтому они рассчитывают на ресурсы космического телескопа «Джеймс Уэбб». Это поможет им понять, есть ли на поверхности планеты жидкая вода, может ли планета быть обитаемой; или описать, какими окажутся условия на Земле, когда Солнце достаточно состарится и начнёт расширяться — такой сценарий может стать реальностью уже через полмиллиарда или миллиард лет. Если LP 890-9c до сих пор остаётся потенциально обитаемым миром, то и у Земли может быть больше времени, прежде чем её океаны испарятся. Если воды там уже нет, то и у Земли меньше времени, чем считалось ранее. То есть LP 890-9c поможет исследователям заглянуть в будущее нашей собственной планеты.

Специальное наблюдение за экзопланетой HAT-P-32b позволило оценить масштабы потерь газа её атмосферой. Они оказались колоссальными. Каждый год атмосфера планеты теряет около 33,8 трлн т газов, но длиться это будет десятки миллиардов лет, ведь эта планета в два раза больше нашего Юпитера. Массы там хватит на четыре жизни нашей Вселенной.

Симуляция газовых хвостов за экзопланетой HAT-P-32b. Источник изображения: M. MacLeod/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and A. Oklopčić/University of Amsterdam

Учёные и раньше знали, что за экзопланетой HAT-P-32b тянется шлейф газа из её атмосферы. Новое наблюдение позволило оценить масштабы этого явления и дало пищу для создания универсальной модели поведения атмосфер экзопланет, расположенных недалеко от своих звёзд. На основе этих моделей учёные смогут предугадывать динамику поведения газовых оболочек экзопланет, которые не настолько удобны для наблюдения, как HAT-P-32b.

Экзопланета HAT-P-32b удалена от нас на расстояние около 923 световых лет. Это газовый гигант — так называемый горячий юпитер. Её радиус примерно в 1,8 раза больше радиуса настоящего Юпитера. Выявленный газовый хвост экзопланеты простирается на расстояние, в 53 раза превышающее её радиус. Ничего подобного астрономы в своей жизни пока не видели.

Экзопланета открыта методом транзита — она проходит по диску своей звезды раз в 2,15 дня. Подобная близость предполагает высочайший разогрев экзопланеты. Её температура, по оценкам учёных, достигает 1562 °C. Такой нагрев раздувает саму планету и её атмосферу и вызывает ускоренные потери газа. Эти потери видны при спектральном анализе света звезды, когда экзопланета проходит по её диску. Спектр чётко показывает объём газового шлейфа за экзопланетой по линиям поглощения гелия и водорода (H_α), но истинные масштабы потерь учёные оценили только после того, как проследили за HAT-P-32b также при её движении за звездой. Мощности света от звезды оказалось достаточно для анализа спектра по отражённым сигналам.

Полученные данные обескуражили учёных. Они не ожидали, что газовые шлейфы окажутся настолько огромными. Тем не менее, даже при такой колоссальной скорости извержения экзопланета HAT-P-32b полностью потеряет свою атмосферу лишь через 40 млрд лет.

Экзопланета проходит по диску звезды и теряет атмосферу, как это видит художник. Источник изображения: ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser

«Очень интересно наблюдать, насколько гигантскими являются вытянутые хвосты по сравнению с размерами планеты и звезды-хозяйки, — отметил руководитель работы Чжоуцзянь Чжан (Zhoujian Zhang) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. — Возможно, и у других планет есть вытянутые уходящие атмосферы, которые еще предстоит обнаружить с помощью аналогичного мониторинга».

«Наши выводы о HAT-P-32b могут помочь нам понять, как взаимодействуют другие планеты и их звезды, — сказала астроном Кэролайн Морли (Caroline Morley) из Техасского университета в Остине. — Мы можем проводить высокоточные измерения на горячих юпитерах, как этот, а затем применить наши выводы к более широкому кругу планет».

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил следы водяного пара в атмосфере сверхгорячего газового гиганта WASP-18 b, расположенного в 400 световых годах от Земли. Сам факт того, что телескоп смог обнаружить «сигнатуры» присутствия воды на такой дистанции, говорит о великолепном разрешении использованного оборудования.

Иллюстрация. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

WASP-18 b приблизительно в 10 раз массивнее Юпитера и вращается всего в 3,1 млн км от солнцеподобной звезды. Для сравнения Меркурий находится от Солнца на расстоянии около 63,4 млн км. Период обращения вокруг звезды WASP-18 составляет всего один земной день.

Из-за того, что планета находится так близко к своей звезде, температура её атмосферы столь высока, что, по данным NASA, буквально расщепляет большинство молекул воды. Тем не менее спектральный анализ атмосферы показал, что, несмотря на температуру порядка 2700 градусов по Цельсию, там всё же сохраняются некоторое количество воды.

WASP-18 b обнаружили ещё в 2008 году и изучали с помощью других телескопов, включая «Хаббл» и другие известные космические обсерватории, но ни одна из них не была достаточно чувствительной, чтобы обнаружить сигнатуры воды в атмосфере удалённой экзопланеты.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Помимо того, что планета столь массивна, горяча и находится чрезвычайно близко к своей звезде, она ещё и приливно заблокирована. Это означает, что WASP-18 b всегда повёрнута к звезде одной стороной. В результате в разных частях планеты температура значительно отличается — на солнечной стороне на 1100 градусов (по Цельсию) жарче, чем в «сумеречной зоне». Учёные не ожидали, что разница будет столь велика и теперь желают понять, какой неучтённый фактор оказывает подобное влияние, предотвращающее распространение жара по всей планете. Как заявляют учёные, карта яркости WASP-18 b свидетельствует об отсутствии ветров «с востока на запад», что, по данным исследователей, соответствует моделям с «атмосферным сопротивлением». В качестве возможного объяснения допускается наличие у планеты сильного магнитного поля, что, как считают исследователи, могло бы стать чрезвычайно захватывающим открытием.

По данным исследователей, «Джеймс Уэбб» обеспечивает большую чувствительность при создании детальных температурных карт, чем когда-либо раньше. Впервые карта составлена с помощью аппаратуры «Джеймса Уэбба», особенно учёных впечатляет то, что полученные результаты соответствуют некоторым предложенным ранее моделям — в частности, речь идёт о значительном падении температуры в регионах, где планета не освещается прямо местной звездой. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Каждая третья планета вокруг самых многочисленных звёзд в нашей галактике — красных карликов — потенциально пригодна для жизни, свидетельствует новое исследование. Эти выводы сделаны на основе изучения данных с телескопов «Гайя» и «Кеплер». Комбинированные данные позволили извлечь информацию об орбитах открытых ранее экзопланет, и примерно 30 % из них оказались «совместимыми» с жизнью.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Как признаются учёные, для завершения работы по оценкам эксцентриситета орбит экзопланет им не хватало точных расстояний до целевых звёзд. Эти данные предоставил европейский астрометрический спутник «Гайя» (Gaia). На основании данных «Гайи» и данных телескопа «Кеплер», который непосредственно охотился за экзопланетами (он искал их по провалам в блеске звёзд, если планета проходила по их дискам), были воссозданы орбиты 163 экзопланет у красных карликов.

Красные карлики — это самые распространённые в нашей галактике звёзды. Они размером с Юпитер и поэтому планеты могут двигаться вокруг них по более близким орбитам, и это не испепелит их. Вопрос в другом. Если орбиты будут сильно отличаться от круговых, то даже находясь в зоне обитания, где вода может быть в жидкой фазе, гравитационные «качели» будут вызывать приливной нагрев планет и, в конце концов, сделают их непригодными для биологической жизни.

Исследование показало, что у трети изученных экзопланет более-менее круговые орбиты, что делает их подходящими кандидатами на роль инкубаторов для жизни. При этом, чем больше у карликовой звезды M-типа экзопланет, тем более круговые у них всех орбиты. И наоборот, одиночные планеты, как правило, обладают сильно вытянутыми орбитами и на них при поиске жизни не стоит обращать первостепенное внимание.

Поскольку карликовых звёзд M-типа в нашей галактике миллиарды, то потенциально обитаемых миров в ней может быть сотни миллионов. И теперь мы лучше знаем, с каких миров необходимо начинать искать обитаемые.

Сборная группа астрономов сообщила о завершении анализа самых последних данных, полученных от космической обсерватории «Кеплер». Финальная научная кампания телескопа продлилась около двух недель, в последнюю из которых телескоп был почти неуправляемым. Но даже из такого набора данных учёные смогли вытянуть информацию о трёх новых обнаруженных экзопланетах. Телескоп выдавал результат до последней капли топлива в баках.

Источник изображения: NASA Jet Propulsion Laboratory

Обсерватория «Кеплер» создавалась для охоты за экзопланетами. Телескоп был запущен в 2009 году на орбиту вокруг Земли. Аппарат должен был следить за яркостью звёзд на северном небе, определяя наличие экзопланет по провалам в кривой блеска звёзд, когда планеты пересекали их диски. За четыре года «Кеплер» отследил кривые блеска 150 тыс. звёзд и обнаружил около 2000 экзопланет. На этом срок его миссии закончился, но научная работа не прекратилась — в баках обсерватории ещё оставалось топливо.

Впрочем, проблема была не только в заканчивающемся горючем. За 4 месяца до завершения миссии у телескопа отказал один из гироскопов, а ещё через 10 месяцев после окончания топлива отказал второй (всего их было 4). Телескоп стало трудно ориентировать и удерживать в стабильном положении, и его на время отключили. Весной 2014 года «Кеплер» вернули к работе, решив задачу стабилизации оригинальным образом. Третьей «точкой опоры» стал солнечный ветер. Это не позволяло направлять телескоп куда вздумается, но в пару десятков мест неба «Кеплер» теперь мог смотреть с уверенностью.

После этого телескоп работал ещё свыше четырёх лет, делая это «набегами», которые учёные стали называть кампаниями. Последняя кампания началась в августе 2018 года на почти сухих баках. Десять дней «Кеплер» собирал высококачественные данные и ещё неделю смог проработать с постоянной потерей стабилизации. 30 октября 2018 года телескоп официально отправлен на пенсию.

За почти девять лет наблюдений он открыл свыше половины из надёжно зарегистрированных за пределами нашей системы 5000 экзопланет. И даже последние дни работы телескопа принесли открытия — расшифрованные данные рассказали об открытии двух экзопланет и одного кандидата в экзопланеты.

Интересно добавить, что к анализу последних данных «Кеплера» привлекли астрономов-любителей. Энтузиасты охотно тратят личное время на ручной анализ данных. Именно благодаря им были сделаны открытия в последних данных «Кеплера», для чего потребовалось глазами просмотреть кривые блеска почти 33 тыс. звёзд.

Две подтвержденные планеты — это K2-416 b, которая примерно в 2,6 раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды примерно каждые 13 дней, и K2-417 b — чуть более крупная планета, которая более чем в три раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды каждые 6,5 дней. Из-за размера и близости к своим звёздам обе планеты относятся к классу «горячих мини-нептунов». Они расположены на расстоянии около 400 световых лет от Земли.

Планета-кандидат EPIC 246251988 b — это самая большая из трёх планет. Она почти в четыре раза больше Земли. Эта планета размером с Нептун и обращается она по орбите вокруг своей звезды примерно за 10 дней. От Земли до неё 1200 световых лет.

«Мы обнаружили, вероятно, последние планеты, когда-либо открытые "Кеплером", в данных, полученных, когда космический аппарат буквально работал на износ, — сказал Эндрю Вандербург, доцент физики факультета астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института. — Сами планеты не особенно необычны, но их нетипичное открытие и историческое значение делают их интересными».

Астрономы обнаружили всего в 137 световых годах от Солнечной системы две «суперземли», вращающихся вокруг красного карлика TOI-2095. Каждая из экзопланет слегка больше Земли — найти их удалось с помощью космического телескопа Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) агентства NASA.

Иллюстрация. Источник изображения: ESA

В ходе наблюдений за звездой TOI-2095 телескопом были зарегистрированы затемнения диска, анализ которых позволил предположить, что кратковременные помехи излучению создают именно проходящие планеты. Имелись и другие косвенные свидетельства существования «суперземель» в данной звёздной системе.

Красные карлики представляют собой крупнейшее семейство звёзд во Вселенной. Хотя они «прохладнее» Солнца, некоторые из них на ранних стадиях жизненного цикла отличаются мощными периодическими вспышками в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Такая радиация способна буквально «сдуть» атмосферу с близлежащих планет, поэтому учёные не уверены, что находящиеся в «обитаемой зоне» (там, где может присутствовавть вода в жидком виде) планеты могут сохранить в таких условиях жизнь в её землеподобном варианте. Тем интереснее учёным исследовать обнаруженные объекты TOI-2095 b и TOI-2095 c и в дальнейшем.

Дистанция между планетой TOI-2095 b и местной звездой составляет всего 1/10 от среднего расстояния между Землёй и Солнцем, объект в 1,39 раза больше в диаметре, чем наша планета и в 4,1 раза массивнее, на полный оборот вокруг красного карлика по орбите уходит 17,7 земных суток. TOI-2095 расположена несколько дальше: на оборот вокруг местного светила уходит около 28,2 земных суток. Экзопланета в 1,33 раза больше Земли и в 7,5 раз массивнее, температура на поверхности, вероятно, составляет от 24 до 74 градусов по Цельсию. По мнению учёных, относительно длительные орбитальные периоды позволяют получить чрезвычайно важные данные, которые помогут пролить свет на процесс формирования малых планет, движущихся по орбитам вокруг красных карликов.

Конечно, открытие вновь демонстрирует огромные возможности TESS. С момента запуска в апреле 2018 года космический телескоп обнаружил 330 подтверждённых экзопланет, а также 6,4 тыс. кандидатов, ожидающие дальнейшего анализа. Например, буквально в январе TESS выявил в системе TOI 700 уже вторую экзопланету, на которой может быть жидкая вода и, возможно, даже жизнь.

Теперь учёные намерены продолжить исследования, связанные с системой TOI-2095 и установить радиальные скорости «суперземель». Полученные данные позволят лучше оценить массы TOI-2095 b и TOI-2095 с, что, в свою очередь, поможет точнее установить их плотность. Такие данные, в частности, дадут узнать, смогли ли планеты сохранить свои атмосферы. Результаты исследования можно найти в репозитории arXiv.

Используя приборы телескопа «Джеймс Уэбб», учёные изучили атмосферу далёкой экзопланеты необычным способом. Инопланетный мир оказался покрыт плотным туманом, дымкой или облаками. Это могла быть планета-океан, и таких может быть множество во Вселенной.

Экзопланета GJ 1214 b в представлении художника. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Исследователи направили телескоп в сторону экзопланеты GJ 1214 b. Это так называемый мининептун — планета промежуточной массы между Нептуном и Землёй. Наши наблюдения показывают, что это один из самых распространённых из зарегистрированных на сегодня типов экзопланет. Система красного карлика GJ 1214 находится в 40 световых годах от нас и была изучена ранее. Об атмосфере GJ 1214 b также было известно, что она парообразная. Однако состав атмосферы в целом был неизвестен. «Уэбб» помог собрать больше данных по атмосфере этой экзопланеты и сделал это необычным образом.

Обычно подсказку о химическом и физическом составе атмосферы экзопланеты мы получаем транзитным способом, когда планета проходит по диску своей звезды и часть спектра её света поглощается атмосферой. По провалам в спектральных линиях мы можем узнать, какими газами богат воздух экзопланеты. В случае наблюдения за GJ 1214 b приборы «Уэбба» использовались для фиксации температуры планеты в течение её полного орбитального периода, благо она делает полный оборот вокруг своего «солнца» всего за 1,6 суток.

Выяснилось, что разница между температурами на дневной и ночной сторонах экзопланеты очень большая: днём она достигала 279 °C, а ночью — 165 °C. Подобная разница возможно только в том случае, если в атмосфере преобладают тяжёлые молекулы, например, воды или метана. Нюанс в том, что звезда-хозяин бедна на такие элементы и экзопланета, скорее всего, сформировалась вдали от неё и приближалась к ней постепенно.

Учёные предполагают, что GJ 1214 b могла сразу сформироваться как мир, богатый водой и льдами — как водный мир. Это дало ей впоследствии парообразную атмосферу. Это те кусочки головоломки, которые помогут в итоге сложить более полную картину об одних из самых часто встречающихся во Вселенной экзопланет. Без инструментов «Уэбба» подобное наблюдение сделать было невозможно. И оно будет не единственным. Только так можно будет увидеть всю картину целиком.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил в атмосфере планеты в другой звёздной системе признаки водяного пара — если это действительно так, это первый случай его обнаружения в атмосфере каменистой экзопланеты. Но пока есть причины сомневаться в достоверности открытия.

Источник изображения: nasa.gov

Существование жизни на других планетах — один из важнейших научных вопросов, и у «Джеймса Уэбба» есть инструменты, способные помочь с поиском ответа на него. Одним из важнейших условий обитаемости планеты является водяной пар — ранее космический телескоп уже обнаруживал его признаки на экзопланетах, но то были подобные Юпитеру газовые гиганты, лишённые твёрдой поверхности для поддержания (в буквальном смысле) жизни. Возможно, пар впервые выявлен на каменистой планете.

Эта планета под названием GJ 486 b расположена в 26 световых годах от Земли. Она примерно на 30 % крупнее и в 3 раза массивнее нашей планеты. Однако, помимо более сильной гравитации, она имеет ещё одно значительное отличие от Земли: эта планета расположена очень близко от своей звезды и находится в состоянии приливного захвата — её гипотетическому посетителю придётся выбирать между вечными днём или ночью, а температура на поверхности составляет около 430 °C.

По всей вероятности, для жизни GJ 486 b непригодна, но и в этом случае обнаружение водяного пара на ней имеет большое значение: это было бы первое его открытие на каменистой планете, а её особенности указывают на способность планет удерживать атмосферу даже при постоянном воздействии излучения своей звезды. Признаки водяного пара были обнаружены при прохождении планеты перед звездой, поэтому существует вероятность, что соответствующий сигнал был получен не от планеты, а от пятен на поверхности звезды, хотя свидетельств их присутствия астрономы, по их утверждению, не обнаружили.

К счастью, инструментарий «Джеймса Уэбба» достаточно обширен, чтобы проверить эту гипотезу. В частности, прибор Mid-Infrared Instrument (MIDI) поможет обнаружить самую горячую точку на планете: в отсутствие атмосферы она должна быть в центре дневной стороны, а если атмосфера всё-таки есть, то тепло в ней циркулирует, и самая горячая точка будет в другом месте.