Новости науки
Найдена планета с атмосферой принципиально нового типа
Известно, что остатки сверхновых с массой от 1,4 до 2,25 солнечной становятся нейтронными звездами с диаметром порядка 20 километров. (Более тяжелые превращаются в черные дыры, а более легкие – в белых карликов.) Причем исходная масса будущих нейтронных звезд в 8—25 раз тяжелее Солнца.
Порой у нейтронных звезд находят планеты. Вероятность, что они потенциально обитаемые, крайне мала. Наоборот, наблюдения за такими объектами подтверждают их необычность. К примеру, новые наблюдения, проведенные с помощью инфракрасного космического телескопа «Джеймс Уэбб», дали неожиданный результат: одна из таких планет обладает самой экзотической оболочкой – в ней может идти «снег» из алмазов.
Международная группа астрономов проанализировала полученные с помощью «Джеймса Уэбба» спектры планеты, вращающейся вокруг нейтронной звезды PSR J2322–2650. Оказалось, что атмосфера PSR J2322–2650 b содержит молекулярный углерод. Такое не встречалось прежде и означает, что химия планеты резко отличается от всего, известного ранее. Как тело с таким составом могло сформироваться – на данный момент неясно.
Стоит отметить, что экзопланету PSR J2322–2650 b, масса которой примерно 0,8 массы Юпитера при радиусе в 1,25 юпитерианского, открыли еще в 2017 году, но тогда не было такого мощного инструмента, как «Джеймс Уэбб». Поскольку излучение у нейтронных звезд слабое, экзопланету PSR J2322–2650 b можно наблюдать с бо́льшими деталями, чем многие другие сходные объекты.
Полученные данные вызвали серьезное недоумение астрономов, но дополнительная проверка подтвердила их правильность: в атмосфере PSR J2322–2650 b были обнаружены следы молекулярного углерода С2 и С3. Это исключительно редкая форма углерода (в том числе на Земле), потому что углерод в молекулярной форме легко реагирует с другими элементами, прежде всего с кислородом. Особенно эффективно такие реакции идут при повышенных температурах.
Экзопланета PSR J2322–2650 b должна смотреть на свою звезду все время одной стороной, поскольку расстояние между ними лишь 1,6 миллиона километров, что в 90 с лишним раз меньше, чем между Землей и Солнцем, отчего происходит приливной захват, как у Луны в системе Земля-Луна. Температура атмосферы PSR J2322– 2650 b на темной стороне порядка +630 градусов Цельсия, на освещенной – более +2000 градусов Цельсия.
При таких температурах молекулярный углерод может существовать только в одном случае: когда рядом нет других элементов, которые могли бы вступить с ним в химическую реакцию. Авторы исследования подсчитали, что соотношение углерода к кислороду в атмосфере этой планеты выше, чем 100 к 1, а углерода к азоту – больше, чем 10 000 к 1. Столь экстремальные соотношения практически недостижимы для планет, сформировавшихся во всех известных астрономам сценариях. Мало в атмосфере и водорода: исследователям не удалось обнаружить уверенных следов углеводородов.
По предположению ученых, основная масса PSR J2322–2650 b должна состоять из гелия, который практически не реагирует с углеродом. Вероятно, что в нижних слоях атмосферы этого тела молекулярный углерод может конденсироваться до алмазного снега или дымки.
Понятно, что данная экзопланета сформировалась по иному сценарию, чем Юпитер или Земля. Нормальные планеты просто не могут иметь такого состава, поскольку зависят от состава родительской звезды, а у звезды главной последовательности не бывает такого соотношения углерода и кислорода/азота.
В данном случае более вероятен сценарий «черной вдовы»: так называют систему, в которой есть очень быстро вращающаяся вокруг своей оси – за тысячные доли секунды – нейтронная звезда (такие называют миллисекундными пульсарами) и обычная звезда-компаньон с небольшой массой. Как правило, нейтронная звезда перетягивает своей гравитацией массу с этого компаньона, при этом раскручиваясь за счет энергии падающего на нее вещества соседа. Затем остатки компаньона подвергаются мощному рентгеновскому излучению от нейтронной звезды. Сейчас таких систем известно около 50, но в реальности их гораздо больше.