«Планета-зомби» у мёртвой звезды: JWST раскрывает атмосферу и будущее газовых гигантов

Юпитероподобный мир под названием WD 1856 b обращается вокруг белого карлика в 80 световых годах от нас — вокруг «мёртвой» звезды, которая давно исчерпала запасы ядерного топлива. С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) астрономы подтвердили, что эта экзопланета является самым холодным миром из всех, чьё собственное тепловое излучение удалось зарегистрировать напрямую. Её атмосфера богата метаном и окутана плотными дымками. Само существование этой планеты даёт редкую возможность заглянуть в возможное будущее нашей Солнечной системы.

Самая холодная экзопланета с прямым детектированием

WD 1856 b — не тот тип планет, который попадает в заголовки новостей из-за экстремальной жары. С температурой 186 Кельвинов (−87°C) это самая холодная экзопланета, чьё собственное излучение когда-либо наблюдалось напрямую . Прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) телескопа Уэбба зафиксировал слабое тепловое свечение планеты, подтвердив, что это первая известная транзитная планета, обращающаяся вокруг белого карлика . Обнаружение, сделанное со статистической значимостью 5,7 сигма, также позволило ограничить массу планеты — она не превышает шести масс Юпитера .

До этого открытия ни одна экзопланета холоднее 275 Кельвинов не была напрямую сфотографирована в собственном излучении .

Атмосфера, напоминающая Титан: метан и дымка

Когда астрономы проанализировали свет, проходящий через атмосферу WD 1856 b во время её транзитов, они обнаружили чёткие признаки метана (CH₄) и плотных аэрозолей — дымок, рассеивающих коротковолновое излучение . Эта комбинация придаёт планете характерный оранжево-коричневый оттенок, похожий на цвет спутника Сатурна — Титана.

Присутствие метана крайне важно. Эта молекула довольно быстро разрушается звёздным излучением, поэтому её обнаружение говорит о том, что атмосфера планеты либо постоянно пополняется, либо её защищают плотные слои дымки . Наземные транзитные спектры, полученные телескопами GTC и Gemini, были «серыми» и лишёнными деталей — вероятно, именно из-за того, что дымки маскировали спектральные линии . Инфракрасная чувствительность «Уэбба» позволила «пробить» эту завесу.

Уже одобрена специальная программа наблюдений на приборе JWST NIRSpec Prism (8 часов, 4 транзита) для получения первого точного транзитного спектра этой «пост-главной-последовательной» планеты. Цель — обнаружить метан, воду, углекислый газ, угарный газ и аммиак с высоким отношением сигнал/шум .

Как планета пережила смерть звезды?

Это самый удивительный аспект истории. WD 1856 b совершает один оборот вокруг своего белого карлика за 1,4 дня — невероятно тесная орбита. Но белые карлики — это сжатые ядра звёзд, которые когда-то были красными гигантами. Как Юпитероподобная планета смогла избежать поглощения, когда её звезда раздулась до размеров красного гиганта?

Ответ в том, что изначально планета вращалась далеко от своей звезды. Когда звезда расширилась, её внешняя оболочка не достигла первоначальной широкой орбиты планеты. После того как звезда сбросила внешние слои и сжалась в белый карлик, гравитационные взаимодействия с другими телами или приливные силы затянули планету внутрь, на её нынешнюю тесную орбиту . Иными словами, планета мигрировала внутрь уже после того, как основная опасность миновала.

Почему её атмосфера «неожиданно теплая»

При 186 К планета не является горячей в прямом смысле слова. Удивление вызывает то, что у неё вообще сохранилась какая-либо существенная атмосфера после бурной эволюции на поздних стадиях жизни звезды. Тусклый белый карлик почти не даёт тепла, поэтому тепло планеты — это остаточное внутреннее тепло со времён её формирования и приливный нагрев. Этого достаточно, чтобы её атмосфера не вымерзла полностью .

Что это значит для судьбы Юпитера и Сатурна

Выживание WD 1856 b имеет прямое отношение к нашей Солнечной системе. Через миллиарды лет, когда Солнце станет красным гигантом, а затем белым карликом, Юпитер и Сатурн (обращающиеся на расстоянии 5–10 а.е.) смогут аналогичным образом пережить фазу поглощения, мигрировать внутрь и остаться на орбите вокруг мёртвого Солнца, превратившись в «планеты-зомби» .

Земля и другие внутренние планеты почти наверняка будут поглощены расширяющимся Солнцем. Только газовые гиганты имеют реальный шанс выжить и остаться в виде планет-призраков — отрезвляющее, но научно глубокое понимание, ставшее возможным благодаря этому ледяному миру в 80 световых годах от нас.