Новое исследование, проведённое в Лаборатории реактивного движения NASA, выявило потенциальные признаки каменистой вулканической луны, вращающейся вокруг экзопланеты в 635 световых годах от Земли. Самая большая подсказка — натриевое облако, которое, как показывают результаты, находится близко, но его движение немного не синхронизировано с экзопланетой, газовым гигантом размером с Сатурн под названием WASP-49 b, хотя для подтверждения поведения облака необходимы дополнительные исследования.

В Солнечной системе выбросы газа вулканического сптуника Юпитера Ио создают похожее явление. Хотя ни одна экзолуна не была подтверждена, было выявлено несколько кандидатов. Вероятно, эти спутники остались незамеченными, потому что слишком малы и тусклы для обнаружения современными телескопами.

Натриевое облако вокруг WASP-49 b было впервые обнаружено в 2017 году, привлекая внимание Апурвы Озы (Apurva Oza), бывшего постдока в Лаборатории реактивного движения NASA, а теперь штатного научного сотрудника в Калтехе. Оза потратил годы на изучение того, как экзолуны можно обнаружить по их вулканической активности.

Например, Ио, самое вулканическое тело в нашей солнечной системе, постоянно выбрасывает диоксид серы, натрий, калий и другие газы, которые могут образовывать огромные облака вокруг Юпитера, радиус которых может достигать 1000 радиусов гигантской планеты. Возможно, что астрономы, изучающие другую звёздную систему, могли бы обнаружить газовое облако, подобное Ио, даже если бы сама луна была слишком мала, чтобы её увидеть.

И WASP-49 b, и её звезда состоят в основном из водорода и гелия с небольшим количеством натрия. Ни один из объектов не содержит достаточно натрия, чтобы объяснить облако, которое, по-видимому, исходит из источника, производящего примерно 100 000 килограммов натрия в секунду. Даже если звезда или планета могли бы производить столько натрия, неясно, какой механизм мог бы выбросить его в космос.

 

Художественная концепция вулканической луны между экзопланетой WASP-49 b (слева) и её звездой. Источник: NASA / JPL-Caltech

Оза и его коллеги решили попытаться выяснить — может ли источником быть вулканическая экзолуна. Работа оказалась сложной, поскольку с такого большого расстояния звезда, планета и облако часто перекрываются и занимают одну и ту же крошечную точку в пространстве. Поэтому команде пришлось наблюдать за системой в течение долгого времени.

Как подробно описано в новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, учёные обнаружили несколько доказательств, которые предполагают облако, вращающееся вокруг планеты, хотя для подтверждения его поведения необходимы дополнительные исследования. Например, дважды наблюдения указывали на то, что облако внезапно увеличивалось в размерах, когда не находилось рядом с планетой. Учёные также наблюдали, как облако движется быстрее планеты, что казалось бы невозможным, если бы оно не было создано другим телом, движущимся независимо от планеты и быстрее ее.

Облако движется в противоположном направлении, в котором, как нам говорит физика, оно должно двигаться, если бы оно было частью атмосферы планеты

Апурва Оза

Хотя эти наблюдения заинтересовали исследовательскую группу, ей потребуется более длительное наблюдение за системой, чтобы быть уверенными в орбите и структуре облака. Для части своего исследования был использован Очень Большой Телескоп Европейской Южной Обсерватории в Чили. Соавтор Озы Джулия Зайдель, научный сотрудник обсерватории, установила, что облако расположено высоко над атмосферой планеты, подобно газовому облаку, которое Ио производит вокруг Юпитера.

Авторы работы также использовали компьютерную модель для иллюстрации сценария экзолуны и сравнения её с данными наблюдений. Экзопланета WASP-49 b вращается вокруг звезды каждые 2,8 дня с регулярностью часов, но облако появлялось и исчезало за звездой или за планетой с, казалось бы, нерегулярными интервалами. Используя модель, Оза и его команда показали, что луна с восьмичасовой орбитой вокруг планеты может объяснить движение и активность облака, в том числе то, что иногда кажется, что оно движется перед планетой и не связано с каким-то определённым её регионом.

Обнаружение экзолуны было бы весьма необычным, и благодаря Ио мы знаем, что вулканическая экзолуна возможна

Розали Лопес, планетарный геолог из JPL, соавтор исследования

На Земле вулканы приводятся в действие теплом в ядре, оставшимся после формирования планеты. Вулканы Ио приводятся в действие гравитацией Юпитера, которая сжимает спутник по мере приближения к планете, а затем ослабляет сжатие по мере удаления спутника. Это нагревает внутреннюю часть маленькой луны, что приводит к процессу, называемому приливным вулканизмом.

Если у WASP-49 b есть луна, по размеру похожая на земную, Оза и его команда подсчитали, что быстрая потеря массы в сочетании со сжатием под действием гравитации планеты в конечном итоге приведут к её распаду. Если подтвердится, что облако производит вулканическая луна, то это будет первый случай обнаружения экзолуны и значительное достижение в области астрономии и планетологии.

Оза и его команда планируют продолжить наблюдения за системой WASP-49 b, чтобы собрать больше данных и подтвердить или опровергнуть гипотезу спутника у экзопланеты.