На расстоянии около 164 световых лет от Земли находится планета-гигант WASP-69b, которая настолько близко к своей звезде, что совершает один оборот за менее, чем четыре дня. Из-за сильного излучения звезды планета теряет свою атмосферу, что приводит к образованию следа, который, подобно «хвосту» кометы, простирается на огромное расстояние в космическое пространство.

Учёные и ранее имели представление о том, что звёзды могут «отнимать» массу у планет, находящихся слишком близко к ним. Это происходит из-за воздействия экстремальной энергии звезды, а также звёздного ветра. Хотя это явление нередко, исследователи ещё не до конца изучили его.

Наблюдение газового следа, исходящего от WASP-69b, представляет собой уникальную возможность для изучения потери массы планетой. В предыдущих исследованиях уже обнаруживался незначительный след, тянущийся от этой планеты, который был едва заметен. Однако новые исследования показывают, что длина «хвоста» значительно больше, чем ранее предполагалось.

Источник: Adam Makarenko / W. M. Keck Observatory

Дакота Тайлер из Департамента физики и астрономии Университета Калифорнии, главный автор нового исследования, говорит: «Ранее исследования показали, что эта планета теряет некоторую часть своей атмосферы, однако след либо был едва заметным, либо его вообще не было. В нашем исследовании мы определили наличие следа и показали, что его длина в семь раз больше размера самой планеты».

С увеличением числа обнаруженных экзопланет, благодаря миссиям NASA Kepler и TESS, стало понятно, что среди популяции экзопланет существуют пробелы. Концепция «нептуновой пустыни» относится к отсутствию планет размером с Нептун на орбитах от двух до четырёх дней вокруг звезды. Понятие «промежутка малого радиуса планеты» относится к отсутствию экзопланет с радиусами от 1,5 до 2 радиусов Земли. Учёные считают, что потеря массы играет роль в обоих этих явлениях, и маловероятно, чтобы в этих «пропусках» и «пустынях» действительно отсутствовали экзопланеты.

Однако, подробности процесса потери атмосферы до сих пор не полностью понятны. WASP-69b и её обширный след газа предоставляют астрономам уникальную возможность более детально изучить этот процесс. Эрик Петигура, соавтор и профессор физики и астрономии Университета Калифорнии, говорит: «Изучение исчезновения атмосфер высокооблучённых экзопланет играет важную роль в понимании физических механизмов, определяющих демографию планет, находящихся на близких орбитах к своим звёздам».

Для своих наблюдений Тайлер и его команда использовали 10-метровый телескоп обсерватории Keck и его спектрограф высокого разрешения NIRSPEC.

«За последнее десятилетие мы узнали, что большинство звёзд имеют планеты, которые вращаются вокруг них гораздо ближе, чем Меркурий вокруг Солнца, и что потеря атмосферы играет ключевую роль в формировании современных типов планет. Однако для большинства известных экзопланет предполагается, что период потери атмосферы уже закончился. Система WASP-69b является находкой, поскольку она предоставляет редкую возможность изучать потерю массы атмосферы в режиме реального времени и понять основные принципы, формирующие тысячи других планет», — поясняет Петигура.

Исследование показало, что на процесс образования следа влияют две разные силы: излучение звезды и звёздный ветер. Взаимодействие этих сил приводит к утрате атмосферы WASP-69b и образованию её газового следа.

Для изучения потери массы планетой исследователи измеряли содержания гелия в «хвосте». Кроме того, они сравнили текущее исследование, проведённое с использованием более крупного телескопа, с предыдущими наблюдениями, чтобы выявить особенности изменений.

WASP-69b, теряет приблизительно одну земную массу материала каждые 100 миллионов лет. Однако, по словам авторов, WASP-69b никогда не утратит полностью свою атмосферу: «С такой большой массой (примерно 90 масс Земли), WASP-69 имеет достаточный запас материала, чтобы даже значительная потеря массы практически не влияла на её состояние», — уточняет Тайлер.

Экзопланеты также могут стабилизироваться при достижении определённой массы. Некоторые исследования показывают, что экзопланеты, у которых атмосфера вдвое больше радиуса ядра, наиболее стабильны и устойчивыми к потере атмосферы. В случае, если атмосфера превышает этот размер, планета подвергается эрозии атмосферы и, в конечном итоге, достигает более стабильного состояния.

Несмотря на значимость этого исследования, авторы отмечают, что данные, полученные в ходе него, основаны на ограниченных наблюдениях. Они также указывают на то, что в системе WASP-69b вероятно существует вариабельность, которая может изменять скорость потери массы со временем. Для более полного понимания процесса потери массы необходимо произвести повторные наблюдения с применением разных инструментов для изучения любых изменений характеристик планеты.