Недавние исследования, основанные на данных космического телескопа Джеймса Уэбба, пролили новый свет на судьбу планетных систем после смерти их звезд. Международные астрономы идентифицировали гигантскую планету, вращающуюся вокруг белого карлика, что позволяет реконструировать ее космическую траекторию. Выводы показывают, что исчезновение звезды не обязательно означает конец всех небесных тел в ее окружении.
Прогнозы судьбы Солнца и Солнечной системы.
Примерно через пять миллиардов лет Солнце поглотит весь водород, присутствующий в его ядре, что ознаменует начало трансформации. На этом этапе она расширится и станет звездой-красным гигантом, достигнув размера, превышающего нынешний размер более чем в сто раз.
Планетам, таким как Меркурий и Венера, суждено быть поглощенными и исчезнуть в процессе. Земле также грозит серьезная опасность постичь ту же участь. Впоследствии внешние слои Солнца будут выброшены в космос, оставив только ядро: белый карлик. Этот объект будет чрезвычайно плотным, с массой, эквивалентной половине массы Солнца, сосредоточенной в крошечном объеме, подобном массе Земли.
Однако открытия нового исследования позволяют предположить, что самые далекие планеты, включая Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, смогут противостоять этой крупной звездной катастрофе.
Подробности экзопланеты, вращающейся вокруг безжизненной звезды
Центром этого исследования является WD 1856 b, гигантская экзопланета, расположенная примерно в восьмидесяти световых годах от Земли. Его размер сопоставим с размером Юпитера, но его масса варьируется от четырех до одиннадцати раз больше, чем у газового гиганта в нашей системе. Интересно, что он совершает оборот вокруг белого карлика всего за 1,4 дня, на расстоянии всего лишь 0,02 астрономической единицы, что эквивалентно примерно трем миллионам километров.
Эта близкая орбита вызывает вопросы. В период, когда первоначальная звезда проходила фазу красного гиганта, она занимала площадь, намного превышающую нынешнюю орбиту планеты. Если бы WD 1856 b остался в таком положении, он неизбежно был бы уничтожен.
На протяжении многих лет астрономы рассматривали две основные гипотезы: во-первых, планета выжила в атмосфере красного гиганта; а во-вторых, что изначально она была гораздо дальше и мигрировала в систему только после «смерти» звезды.
Инструменты телескопа Джеймса Уэбба раскрывают космические тайны
Чтобы разгадать эту загадку, ученые обратились к спектрографу NIRSpec телескопа Джеймса Уэбба. Наблюдение произошло во время короткого астрономического транзита, когда планета проходила перед белым карликом. Это явление длилось всего восемь минут, что подчеркивает чрезвычайную точность, необходимую для сбора данных.
Открытие уникальной, наполненной углеродом атмосферы
Анализы выявили удивительную находку: атмосфера планеты содержит углеводороды, вероятно, метан, а также туман и облака. Исследования указывают на удивительно высокую концентрацию углерода. Впервые атмосфера планеты, вращающейся вокруг мертвой звезды, охарактеризована так подробно.
Этот богатый химический состав особенно актуален, поскольку он дает важную информацию об истории планеты. Часть этого материала могла быть включена на этапе его формирования, но существует также вероятность того, что планета накопила богатые углеродом соединения за миллиарды лет своей эволюции.
Однако главным откровением было другое. На планете зарегистрирована температура около 400 Кельвинов (что эквивалентно примерно 127°C), что значительно выше, чем 160 Кельвинов, которые она имела бы, если бы получала энергию только от слабого белого карлика.
Ученые реконструируют траекторию далекой планеты
Газовые планеты-гиганты демонстрируют предсказуемую картину охлаждения с течением времени. Используя конкретные модели планетарного охлаждения, исследователи реконструировали тепловую историю WD 1856 b и определили период, в который должно было произойти потепление.
Открытие оказалось неожиданным: потепление планеты произошло между 3 и 5,5 миллиардами лет после того, как ее звезда уже превратилась в белого карлика.
Этот результат практически полностью опровергает идею о том, что планета могла бы выжить внутри красного гиганта. Если бы это произошло, то нагрев произошел бы синхронно со смертью звезды.
Поэтому наиболее правдоподобным объяснением является то, что планета в течение миллиардов лет оставалась на безопасной, более далекой орбите. Лишь намного позже процесс планетарной миграции, вызванный гравитационными взаимодействиями, изменил ее траекторию. Во время этого движения приливные силы генерировали огромное количество тепла внутри небесного тела.
Ярким примером является действие приливных сил, которые Юпитер оказывает на спутник Европу, периодически растягивая его внутреннюю часть и генерируя достаточно тепла, чтобы поддерживать постоянный жидкий океан под его замерзшей поверхностью.
Что исследования значат для нашей Солнечной системы
Это открытие демонстрирует, что эволюция планетной системы не заканчивается со смертью ее звезды; на самом деле, это может длиться миллиарды лет. Выжившие газовые гиганты могут изменять свои орбиты, подвергаться гравитационному взаимодействию и даже мигрировать к остатку звезды спустя долгое время после исчезновения исходной звезды.
Пока неизвестно, произойдет ли аналогичный сценарий в нашей Солнечной системе. Однако WD 1856 b служит доказательством того, что Юпитер и другие газовые гиганты могут иметь гораздо более длинную и сложную траекторию, чем предполагалось ранее.
Впервые астрономы смогли наблюдать и реконструировать возможное будущее Солнечной системы. Выяснилось, что смерть Солнца может быть не эпилогом нашей космической истории, а, скорее, отправной точкой для новой и неожиданной главы.
