Išlydytos lavos pasaulis, skendintis tankiame iš uolienų garų sudarytame apvalkale, gali būti kol kas stipriausias įrodymas, kad už Saulės sistemos ribų egzistuoja uolinė egzoplaneta su atmosfera.
Manoma, kad planeta TOI‑561 b yra itin karšta „superžemė“, kurios paviršių dengia visą planetą apimantis magmos vandenynas, o virš jo tvyro stora lakiųjų cheminių medžiagų atmosfera. Tai rodo naujas Carnegie mokslo instituto tyrėjų vadovaujamas darbas.
TOI‑561 b yra senovinė astrofizinė mįslė, metanti iššūkį iki šiol turėtoms žinioms apie svilinančiai karštas egzoplanetas, įkalintas žaibiškai greituose, itin artimuose orbitiniuose šokiuose aplink savo žvaigždes.
Ši egzoplaneta skrieja aplink savo žvaigždę mažesniu nei 1,6 mln. kilometrų atstumu – tai vos viena keturiasdešimtoji dalis atstumo tarp Saulės ir Merkurijaus. Toks artumas reiškia, kad planeta yra potvyniškai sukaustyta: vienoje jos pusėje visada viešpatauja amžina diena ir nepakeliamas karštis, o kita skęsta amžinoje tamsoje.
Keisčiausia tai, kad nepaisant intensyvios žvaigždės spinduliuotės, kuri, kaip manoma, panašias planetas greitai nuplėšia jų dujines skraistes ir paverčia nuogais įkaitusiais akmenimis ar net vientisais lavos rutuliais, TOI‑561 b kažkokiu būdu sugebėjo išlaikyti savo atmosferą milijardus metų.
„Remiantis tuo, ką žinome apie kitas sistemas, astronomai būtų prognozavę, kad tokio dydžio ir tokios temperatūros planeta per trumpą laiką po susidarymo yra per maža ir per karšta, kad išlaikytų savo atmosferą“, – aiškina Carnegie mokslo instituto astronomė Nicole Wallack.
TOI‑561 b priskiriama vadinamųjų itin trumpo periodo (angl. ultra-short period, USP) planetų grupei dėl neįprastai glaudžios orbitos – vieną apsisukimą aplink žvaigždę ji baigia per mažiau nei 11 valandų. Masės požiūriu ši planeta yra maždaug du kartus sunkesnė už Žemę, o jos spindulys apie 1,4 karto didesnis.
Ji skrieja aplink itin seną žvaigždę, kuri yra šiek tiek mažesnės masės ir vėsesnė už Saulę. Šioje žvaigždėje nedaug geležies, tačiau gausu vadinamųjų alfa elementų – deguonies, magnio, silicio, kuriuos ankstyvojoje Visatoje gamino masyvios žvaigždės.
Be to, sistema yra įsikūrusi Paukščių Tako storajame diske – savotiškoje „žvaigždžių pensininkų“ galaktikos srityje. Šie veiksniai leidžia spręsti, kad žvaigždė yra maždaug 10 mlrd. metų amžiaus, tai yra daugiau nei du kartus senesnė už Saulę.
Tyrėjai taip pat nustatė, kad TOI‑561 b pasižymi neįprastai mažu tankiu – vos apie keturis kartus didesniu nei vandens. Tai gali reikšti, kad planeta turi palyginti nedidelį geležies branduolį ir sudaryta iš uolienų, mažiau tankių nei Žemės pluta. Toks cheminės sudėties scenarijus logiškas, jei TOI‑561 b susiformavo ankstyvojoje Visatoje, kai geležies buvo gerokai mažiau.
Tačiau mažas tankis gali būti ir optinė apgaulė – jei planeta turi storą atmosferą, ji atrodo didesnė, nei yra iš tikrųjų.
Norėdami išsiaiškinti, ar būtent atmosfera lemia mažesnį nei tikėtasi tankį, mokslininkai pasitelkė Jameso Webbo kosminį teleskopą (JWST). Šis 37 valandas stebėjo planetos sistemą, per kurias buvo užfiksuoti beveik keturi pilni TOI‑561 b orbitiniai apsisukimai.
Matavę planetos dieninės pusės ryškį artimajame infraraudonajame ruože Webbo spektrografu NIRSpec, tyrėjai galėjo apskaičiuoti TOI‑561 b temperatūrą ir taip įvertinti, ar planetą turėtų gaubti atmosfera.
Jeigu atmosfera neegzistuotų, teoriniai modeliai rodo, kad TOI‑561 b paviršius turėtų įkaisti iki maždaug 2700 laipsnių Celsijaus. Tačiau stebėjimai parodė, kad jos dieninė pusė yra gerokai „vėsesnė“ – apie 1800 laipsnių Celsijaus.
Mokslininkų teigimu, atmosfera galėtų „vėsinti“ žvaigždės pusėje esančią planetos dalį keliais būdais. Atmosferos vėjai gali pernešti dalį karščio į tamsiąją, nuolat naktinę pusę, o vandens garai gebėtų sugerti dalį iš planetos paviršiaus sklindančios artimosios infraraudonosios šviesos, taip sudarydami įspūdį, kad paviršius yra vėsesnis.
Tačiau išlieka klausimas: kaip TOI‑561 b pavyko išlaikyti tokią storą atmosferą, skriejant taip arti savo žvaigždės ištisus milijardus metų?
Tyrėjų komanda mano, kad planeta galėjo pasiekti pusiausvyrą tarp atmosferos ir ją dengiančio magmos vandenyno. Be atmosferos, naktinėje pusėje ši lavos jūra būtų seniai sukietėjusi ir suformavusi kietą plutą.
Vietoj to spėjama, kad dujos nuolat skverbiasi iš planetos plutos, papildydamos atmosferą, nors dalis jų neišvengiamai pabėga į kosmosą. Tuo pat metu milžiniškas magmos vandenynas gali veikti kaip „šaltinis“: jis sugeria dalį lakiųjų medžiagų ir grąžina jas atgal į planetos gelmes.
Manoma, kad tam tikrą vaidmenį čia gali atlikti ir planetos geležies kiekis. Tas pats elementas, kuris Žemėje padeda mūsų kraujo raudoniesiems kūneliams surišti deguonį, TOI‑561 b atveju gali padėti išlaikyti atmosferą – geležis geba „įkalinti“ lakiąsias medžiagas magmos vandenyne arba planetos branduolyje.
„Remiantis uolinių planetų, kurių dieninės pusės ryškumo temperatūra išmatuota, imtimi, atrodo, kad planetos, kurių gaunamos spinduliuotės temperatūra viršija maždaug 2000 kelvinų, geba papildyti savo lakiąsias apvalkalo medžiagas greičiau, nei jos prarandamos“, – rašo tyrėjai savo publikacijoje.
Vis dėlto jie pabrėžia, kad tiksliai nustatyti, kodėl TOI‑561 b turi tokią storą atmosferą, ateityje reikės ir detalesnių teorinių modelių, ir naujų stebėjimų.
