Аналог молодой Земли: астрономы выявили признаки атмосферы у раскаленной экзопланеты в созвездии Рыб

Астрономы обнаружили признаки газовой оболочки у HD 3167 b — каменистой суперземли, удаленной от нас на 154 световых года в созвездии Рыб. Это открытие интересно не только само по себе, но и как возможный ключ к пониманию того, какой была Земля в первые миллионы лет своего существования. Результаты исследования под руководством Брэндона Парка Коя из Чикагского университета опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.

HD 3167 b — представитель редкого класса ультракороткопериодических планет: полный оборот вокруг своей звезды она совершает всего за 0,96 земных суток. Радиус планеты составляет около 1,6 радиуса Земли, масса — примерно 4,8 земной. Равновесная температура достигает 1780 К (1506,85 градуса Цельсия), поэтому обращенная к светилу сторона, скорее всего, представляет собой расплавленный океан магмы. Такие объекты называют лавовыми мирами.

Наблюдения велись телескопом James Webb с помощью прибора MIRI в среднем инфракрасном диапазоне. Ученые измерили вторичное затмение — момент, когда планета скрывается за звездой. По изменению инфракрасного сигнала удалось оценить тепловое излучение дневной стороны. Глубина затмения составила 38 ± 11 частей на миллион — более чем на пять стандартных отклонений ниже уровня, ожидаемого от темной поверхности без атмосферы.

Расчеты показывают, что наблюдаемую температуру дневной стороны нельзя объяснить только свойствами поверхности. Возможны два объяснения: либо атмосфера переносит часть тепла с освещенной стороны на ночную, либо облака отражают часть излучения звезды обратно в космос. Авторы оценили эффективное альбедо примерно в 0,72. Состав атмосферы, впрочем, пока определить не удалось.

Особую ценность открытию придает температурный рекорд: HD 3167 b — самый холодный из известных миров, у которых выявлены признаки газовой оболочки. Это делает его пограничным случаем между горячими каменными планетами, полностью лишенными атмосферы, и мирами, где атмосфера уже уверенно обнаруживается. По расчетам исследователей, появление плотных или отражающих оболочек может быть связано с температурой облучения, а предполагаемый переходный диапазон лежит в пределах примерно 2000–2500 К (от 1726,85 до 2226,85 °C). Проверить эту гипотезу еще предстоит.

Для наук о Земле такие наблюдения — редкая возможность заглянуть в собственное прошлое. В первые миллионы лет после формирования Солнечной системы наша планета могла переживать стадию глобального магматического океана. Изучая лавовые миры, астрономы получают данные о взаимодействии расплавленной поверхности, излучения звезды и атмосферы. HD 3167 b не является точной моделью молодой Земли, но позволяет отладить саму логику таких реконструкций.

Чтобы определить состав атмосферы HD 3167 b, потребуются дополнительные спектроскопические наблюдения, в том числе с использованием James Webb. Пока же ясно главное: граница между мирами с атмосферой и без нее проходит не там, где считалось, и ультракороткопериодические лавовые планеты способны ее уточнить.