Телескоп Хаббл видит разгневанную звезду и испаряющуюся планету

Примерно в 32 световых годах от нашей Солнечной системы (что невероятно близко, с космической точки зрения) разгневанная красная карликовая звезда по имени AU Microscopii абсолютно мучает одну из своих собственных планет, AU Microscopii b. Часть за частью звездный зверь, кажется, выпотрошил атмосферу мира своим высокоэнергетическим излучением.

Там довольно хаотично, если не сказать больше. Но, к счастью для нас, наблюдателей за космосом, благодаря надежному космическому телескопу Хаббла НАСА ученые объявили в четверг (27 июля), что они получили важный новый взгляд на этот межзвездный кошмар. И в некотором смысле эти новые результаты Хаббла могут иметь двойное влияние на область астрономии: они могут рассказать нам об экзопланетах, подвергающихся своего рода атмосферному испарению, а также дать нам лучшее понимание звезд, которые могут непрерывно отрывать эти атмосферы.

Терроризированная планета AU Mic b, имеющая диаметр всего лишь в четыре раза больше Земли, имела несчастье появиться всего в 6 миллионах миль (9,6 миллиона км) от своей звезды — шара, который по чистой случайности классифицируется как красный карлик, один из из самых экстремальных звездных тел, существующих в нашей Вселенной. Исследования показали, например, что даже самые тихие образцы красных карликов, подобные этому, все же более дикие, чем наше палящее солнце. Но это не все.

Чтобы сделать ситуацию еще более напряженной, дерзость AU Mic усугубляется тем фактом, что это одна из самых молодых звезд. «Ей 23 миллиона лет — это очень, очень молодая звезда, по сути, маленькая звезда», — сказал Space.com Кейли Роклифф, первый автор исследования новых открытий Хаббла и исследователь экзопланет в Дартмутском колледже. «Звездные астрономы взволнованы, потому что AU Mic является примером того, на что похожи молодые, похожие на истерику годы красного карлика — наиболее распространенного типа звезд в Млечном Пути».

Сила дедукции

По сути, поскольку Хаббл находится на орбите Земли, он может определить, когда далекая планета проходит между своим звездным хозяином и нашей планетой, улавливая лучи звездного света. Такой проход делает звезду под рукой на мгновение более тусклой, предупреждая все, что наблюдает, что что-то, должно быть, создало провал света.

Фактически, этот механизм дедукции был фактически тем, как ученые обнаружили AU Mic b в начале 2020 года. Однако вместо Хаббла космические телескопы НАСА Spitzer и TESS получили признание за этот первый контакт. Однако теперь Хаббл может заявить о своем собственном открытии системы AU Mic.

Когда Роклифф и его коллеги-исследователи наблюдали AU Mic b с помощью Хаббла, они увидели гораздо больше, чем просто обычное затемнение транзитного звездного света. Некоторые из световых волн, связанных с этим затемнением, сказали им, что материал, вызывающий падение, был намного глубже, чем сама планета. Слишком глубоко. И этот материал, казалось, буквально тянул вперед планету. Очень далеко.

При уменьшении масштаба это почти выглядело так, как будто AU Mic b перешел намного раньше, чем ожидалось, и в шатком формате. Единственное объяснение? Что ж, они смотрели на планетарный материал так далеко от ядра мира, что он должен был покинуть планету под действием гравитации.

Или, как выразился Рокклифф, это, должно быть, «сдуло!» «Я помню, как впервые создала кривую блеска этой планеты с помощью наших данных Хаббла и увидела, что транзит произошел задолго до предсказанного транзита планеты», — сказала она.

«Я сразу подумал: «Ну, я определенно ошибся». Однако, сколько бы я ни переделывал анализ с разных методик, результат был один и тот же». Предположительно, это исчезновение планетарной атмосферы происходит из-за сверхмощных вспышек красного карлика — думаю, вспышек на нашем Солнце в тысячу раз — облучающих планету радиацией.

И хотя такой процесс выхода из атмосферы из-за агрессивной звезды-хозяина не совсем нов, Роклифф объяснил, что это наблюдение делает таким новым то, что ученые впервые стали свидетелями такого выброса на обычной старой планете.

«AU Mic b особенный, потому что он совсем не особенный!» она сказала. «Это пример молодой стадии наиболее типичной экзопланетно-звездной системы в галактике, и поэтому он дает нам важное представление о том, как выглядит выход из атмосферы в этот очень критический и очень распространенный период формирования экзопланетной системы».

Например, первые наблюдения такого атмосферного испарения были связаны с мирами, известными как «горячие юпитеры», одними из самых редких экзопланет в нашей галактике.

Они вроде как двойники Юпитера, за исключением того, что они очень (очень) горячие, потому что находятся так близко к своим звездам. Но дело в том, что мы знаем не так много Горячих Юпитеров.

Чтобы представить это в перспективе, Роклифф объясняет, что использование этой информации для расшифровки механизма было бы «подобно использованию опыта финансово состоятельного человека для экстраполяции типичного опыта среднего класса».

Это просто будет не точно. Но теперь, когда у нас есть эти новые наблюдения Хаббла об AU Mic b, возможно, мы находимся на пути к тому, чтобы узнать больше о повседневной жизни, испытаниях и невзгодах, ну, обычных звезд.

Что теперь?

«Побег из атмосферы, — объяснил Роклифф, — потенциально является одним из самых влиятельных эволюционных процессов для большинства экзопланет». По сути, эта работа может помочь ученым расшифровать, на что похожи миры за пределами нашей Солнечной системы, где они находятся, и возможно, создать руководства, которые помогут нам записать их знания. Роклифф добавил, что один из вопросов, на который ученые все еще пытаются ответить, касается того, как экзопланеты могут потерять свою атмосферу.

«Для экзопланетных астрономов, среди прочего, — сказала она, — какой механизм в первую очередь вызывает этот выход из атмосферы?

Это нагрев от интенсивного высокоэнергетического излучения звезды или это горячее новообразованное планетарное ядро, нагревающее атмосфера изнутри наружу?» Например, одна из самых странных вещей в недавно наблюдаемом выходе из атмосферы на AU Mic b заключается в том, что он кажется неустойчивым. Это похоже на то, что звезда иногда впадает в плохое настроение и выплескивает его на планету, но в других случаях это просто пугает.

«Мое мнение или интуиция подсказывает мне, что это поведение неразрывно связано с взаимодействием атмосферы со звездными ветрами AU Mic», — сказал Роклифф. «Звездные ветры AU Mic могут вызывать турбулентность, когда он взаимодействует с атмосферой, вызывая это изменяющееся во времени отрыгивание газообразного водорода». Интересно, что у нее также есть несколько теорий относительно того, как планета могла бы выглядеть через миллиарды лет с точки, которую выделил Хаббл, — хотя они все еще предварительные.

С одной стороны, если мир полностью лишится атмосферы и разложится до костей, он может в конечном итоге выглядеть как Меркурий. Но с другой стороны, если ему удастся сохранить свою нижнюю атмосферу, нас может ждать дубликат Нептуна. Но на самом деле покажет только время (и, конечно, наблюдения Хаббла). Кроме того, в области звездной эволюции эти открытия могут помочь астрономам понять, что общего у молодых красных карликов и чего нет общего со звездами, такими как наше Солнце, и даже с их более старыми аналогами.

«Это первый раз, когда мы видим, как планетарный отток опережает планету таким образом. Даже сейчас существует этот экзистенциальный страх, что я сделал что-то совершенно неправильное. Но я доверяю своим соавторам, чтобы они поймали мои ошибки и Я доверяю различным подходам, которые я использовала, чтобы доказать, что этот результат точен», — сказала она, особо отметив роль своего советника Элизабет Ньютон в работе.

«Это означает, что мир может заниматься такой крутой наукой с таким великим ученым и в среде, которую она создала». Затем команда надеется более подробно изучить эти странные переменные атмосферные «отрыжки» с помощью Хаббла и, возможно, космического телескопа Джеймса Уэбба.