Астрономы говорят, что планета GJ 367b — это еще один мертвый мир, вращающийся вокруг красного карлика

Обитаемость экзопланет красных карликов является горячей темой в космической науке. Эти маленькие, слабые звезды содержат множество экзопланет, в том числе небольшие каменистые планеты размером с Землю. Но молодые звезды испускают чрезвычайно мощные вспышки, которые могут повредить и рассеять атмосферу.

Если мы хотим понять, насколько обитаемы красные карлики, нам нужно понять атмосферу экзопланет, вокруг которых они вращаются.

В новом исследовании астрономы изучали атмосферу часто упоминаемой экзопланеты GJ 367b и ничего не нашли. Планета, вероятно, давно потеряла все свои летучие вещества, и в этом виноват красный карлик, вокруг которого она вращается.

Глизе 367 — это красный карлик (карлик М), расположенный примерно в 30 световых годах от Земли и вращающийся вокруг трех известных экзопланет. Астрономы обнаружили планету GJ 367b и ее братьев и сестер с помощью спутника НАСА TESS (Транзитный спутник для исследования экзопланет) в 2021 году. GJ 367b — это очень короткая планета, которой требуется всего 7,7 часов, чтобы совершить один оборот по орбите, и, вероятно, она приливно привязана к своей звезде. Он настолько близок к красному карлику, что получает в сотни раз больше радиации, чем Земля получает от Солнца. Все это излучение, обрушивающееся на его поверхность, означает, что его дневная температура составляет около 1500 °C (1770 К; 2730 °F).

GJ 367b — подземная планета с радиусом около 72% радиуса Земли. Но она очень плотная, почти в два раза плотнее Земли. Ученые полагают, что это в основном железо, а внешние силикатные слои были удалены. Иногда ее называют железной планетой.

Экзопланеты вокруг красных карликов легче обнаружить, чем другие звезды, потому что они менее светящиеся и меньше по размеру. Это помогает находить планеты, используя метод транзита и метод лучевой скорости. Поэтому имеет смысл изучать их, потому что их очень много и мы можем их увидеть.

В новой, еще не опубликованной статье исследователи исследовали GJ 367b с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI) космического телескопа Джеймса Уэбба. В статье написано: «GJ 367b — это темное, горячее и безвоздушное подземелье». Сейчас он находится на стадии предпечатной подготовки, публиковать к arXiv Сервер, а автор — Майкл Чанг, научный сотрудник кафедры астрономии и астрофизики Чикагского университета.

Заголовок статьи не дает выводов, но детали интересны.

GJ 367b никогда не была пригодна для жизни, поскольку она находится слишком близко к своей звезде. Но астрономов очень интересуют экзопланеты, вращающиеся вокруг красных карликов (карликов М-типа). Во-первых, красных карликов много; Вероятно, половина звезд Млечного Пути — красные карлики, а возможно, и больше. Поэтому вполне вероятно, что большая часть экзопланет в нашей галактике вращается вокруг красных карликов, и охотники за планетами обнаружили множество экзопланет вокруг красных карликов.

«Вопрос о том, могут ли маленькие скалистые планеты, вращающиеся вокруг карликовых звезд М-типа, иметь атмосферу, имеет первостепенное значение для обитаемости», — пишут авторы. Планеты-красные карлики легче изучать, чем звезды, подобные Солнцу, потому что красные карлики тусклее и меньше по размеру. Более крупные и яркие звезды, такие как наше Солнце, могут затмевать экзопланетные атмосферы. Но когда дело доходит до потенциальной обитаемости экзопланет красных карликов, в комнату вполз слон: он горит.

«Однако уже давно высказывается предположение, что высокоэнергетическое излучение, вспышки и длинные главные последовательности М-карликов разрушают планетарные атмосферы; степень, в которой это происходит, является темой активных исследований», — объясняют исследователи.

Причина, по которой это активная область исследований, заключается в том, что основные механизмы создания атмосферы недостаточно изучены. Существует два механизма: доставка летучих веществ во время формирования планеты и выброс летучих веществ, когда молодая планета-океан магмы остывает и затвердевает. Есть также два механизма, которые могут разрушить атмосферу и которые также требуют дополнительных исследований: фотоиспарение и эрозия звездных ветров.

Нам предстоит многому научиться, и именно на это направлено данное исследование. «Наблюдая за карликовыми планетами М и определяя, какие из них содержат атмосферы, если таковые имеются, мы можем построить выборку экспериментальных параметров, которые можно использовать для калибровки моделей потери массы атмосферы», — четко и ясно заявляют авторы.

Исследователи изучили спектр бокового излучения GJ 367b, чтобы подтвердить состав ее поверхности и тип атмосферы, если таковая имеется, даже если это всего лишь тонкая и хрупкая атмосфера. Они пришли к выводу, что у планеты нулевое альбедо, нет рециркуляции тепла и нет атмосферы.

«GJ 367b — первая подземная планета, тепловая поверхность которой наблюдалась», — пишут Чжан и его соавторы. «Эти наблюдения показывают планету без видимой атмосферы, без перераспределения тепла и темной поверхностью в коридоре полосы MIRI(A)»._Б ≈ 0,1) со спектром излучения абсолютно черного тела».

«Отсутствие перераспределения тепла исключает атмосферу ниже ≳1 бар для широкого диапазона составов, в то время как спектр излучения исключает более тонкие атмосферы для некоторых составов», — поясняют авторы. Для сравнения, атмосферное давление Земли составляет около 1 бар на уровне моря.

Отсутствие атмосферы у GJ 367b неудивительно. Это потому, что он расположен над так называемым «космическим побережьем». Космическая береговая линия — это метафора статистической тенденции, которая связывает все планеты вместе. Эта разделительная линия возникает, когда мы сравниваем свет, который планета получает от своей звезды, и то, насколько легко атмосфера планеты уходит в космос.

«Учитывая, что планета расположена значительно выше космической береговой линии, отсутствие атмосферы неудивительно, хотя это и не самая лучшая новость для потенциального измерения атмосфер скалистых карликовых планет М-класса», — объясняют авторы.

GJ 367b никогда не был пригоден для проживания. Он очень близок к своей звезде. Но это по-прежнему важные данные, которые помогут ученым лучше понять атмосферу экзопланет в целом. Нам нужно больше таких данных, если мы хотим понять обитаемость красного карлика.

«Мы поощряем наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба за планетами, расположенными ближе всего к космическому побережью или ниже него, чтобы понять, какие скалистые планеты, вращающиеся вокруг карликовых звезд М-типа, имеют атмосферу», — заключают исследователи.

Итак, каковы шансы на обитаемость М-карлика? Появляется все больше свидетельств того, что красные карлики не являются хорошими компаньонами, когда дело касается обитаемости экзопланет. Поскольку он настолько слабый, его обитаемая зона намного ближе. Это означает, что экзопланеты в обитаемой зоне красного карлика испытывают интенсивные вспышки, которые могут разрушить их атмосферу и окунуть их поверхности в интенсивное излучение.