Ця гігантська планета пережила загибель своєї зірки

Усі зірки врешті-решт гинуть, включаючи наше Сонце. Залежно від зірки, це може означати загибель для планет. Масивні зірки гинуть у катастрофічних вибухах, які називаються надновими, а їх потужні ударні хвилі можуть знищити будь-які планети в межах досяжності. Якщо б наше Сонце було достатньо масивним, щоб вибухнути таким чином, це означало б миттєвий кінець для Землі. Але Сонце не є достатньо великим.

Натомість кінець Сонця буде більш прозаїчним. Коли воно вичерпає паливо для термоядерного синтезу, воно поступово розшириться і охолоне, ставши червоним гігантом. Під час розширення воно поглине Меркурій і Венеру, але, можливо, не Землю. Астрономи не впевнені, але Земля може пережити розширення Сонця. Якщо це станеться, її чекають зовсім інші перспективи. Земля тоді буде обертатися навколо білого карлика, на деякий час оточена прекрасною туманністю, створеною Сонцем, коли воно скине шари газу. Але ця доля також невизначена.

Астрономи знайшли неушкоджені планети, що обертаються навколо білих карликів, що показує, що планети можуть пережити еволюційний перехід своїх зірок. Одна з них називається WD 1856 b, де WD означає білий карлик. Вона знаходиться приблизно за 80 світлових років від нас, і TESS відкрила її у 2019 році. Зірка, навколо якої вона обертається, має приблизно 5,8 мільярда років і половину маси Сонця.

Планета є гігантом з радіусом приблизно в 10 разів більшим за Землю. Вона надзвичайно близька до своєї зірки, обертаючись на відстані приблизно 0,02 астрономічних одиниць. Вона швидко обертається навколо зірки, з орбітальним періодом, що в 60 разів коротший за період обертання Меркурія навколо Сонця.

З моменту її відкриття астрономи задаються питанням про неї. Щоб бути в цій орбіті, планета могла мігрувати всередину після того, як зірка стала білим карликом. В іншому випадку, вона була б знищена поглинанням, коли зірка стала червоним гігантом.

Ця планета викликала питання про можливість життя. Якщо планети можуть пережити червоний гігант зірки, чи можуть вони якось бути придатними для життя? Білі карлики не генерують тепло через термоядерний синтез, але вони мають залишкове тепло, яке може розсіюватися трильйони років, достатньо для підтримки життя на сусідній планеті.

Вчені хочуть знати, як планета вижила спочатку, і нове дослідження в Nature вивчало її атмосферу в пошуках підказок. Воно має назву "Аерозолі та вуглеводні в атмосфері планети білого карлика". Головний автор — Райан Макдональд, викладач екзопланет в Університеті Сент-Ендрюс у Шотландії.

"Планета досить дивна," — сказав головний автор Макдональд у прес-релізі. "Вона приблизно розміру Юпітера, але білий карлик, навколо якого вона обертається, має розмір Землі, тож планета в сім разів більша за свою зірку."

Оскільки вона розміру Юпітера, ця система може бути поглядом у майбутнє нашої Сонячної системи. Коли Сонце стане червоним гігантом, воно поглине планети, які занадто близькі. Але доля більш масивних планет, що далі від Сонця, залишається невизначеною.

"Ми звикли дивитися назад у часі, коли використовуємо телескопи, але це перший раз, коли ми змогли подивитися вперед на те, що може статися з зовнішніми планетами навколо залишку зірки, схожої на Сонце. Це як використання машини часу, щоб заглянути в далеке майбутнє нашої Сонячної системи," — додав Макдональд.

"Нещодавно було виявлено кілька кандидатів на планети, що обертаються навколо білих карликів, що демонструє, що планети можуть вижити в стадії після основної послідовності," — пишуть автори. "Мало що відомо про атмосферний склад планет після основної послідовності, причому найбільш еволюційно розвинені транзитні планети з виявленими атмосферами поки що обертаються навколо субгігантів."

Деякі білі карлики мають диски уламків, що складаються з матеріалу з планет, які вони знищили, коли були червоними гігантами. Астрономи вважають, що планети можуть формуватися в них, але відхилили цю можливість у цьому випадку. Зображення: NASA/JPL-Caltech.

Коли червоний гігант поглинає свої найближчі планети, це може створити диск уламків. Астрономи вважають, що можливо, що екзопланети можуть формуватися в цьому диску, але це неможливо в цій ситуації. Диски уламків не є достатньо масивними, щоб утворити планету такої маси.

Це залишає лише два пояснення для WD 1856 b: вона могла бути поглинута зіркою і якось вижила, вийшовши з жахливого досвіду неушкодженою. Або вона мігрувала всередину без поглинання. Ця внутрішня міграція не обов'язково повинна була бути викликана лише самою зіркою. WD 1856 насправді є тривимірною системою з двома червоними карликами.

"Головне питання — як WD1856b опинилася там, де вона є сьогодні, і є дві теорії," — сказав співавтор дослідження Крістофер О'Коннор з Центру міждисциплінарних досліджень і досліджень в астрофізиці Північно-Західного університету. "Одна з них полягає в тому, що планета була поглинута своєю зіркою-господарем, коли вона вмирала, і змогла вижити на іншій стороні. Інша полягає в тому, що міграція відбулася через гравітаційний вплив інших об'єктів у системі. Білий карлик є частиною тривимірної системи, і зовнішні супутники могли вплинути на орбіту WD1856b."

Ця робота базується на спостереженнях атмосфери планети за допомогою JWST. Дослідники використовували телескоп для отримання спектроскопії передачі за допомогою інструменту NIRSpec. Вони також визначили температуру планети. Результати є важливими підказками до історії планети.

Це атмосферне вилучення спектру передачі WD 1856 b з JWST. Воно показує кілька характеристик поглинання CH4 і одну попередню характеристику етану. Зображення: Макдональд та ін. 2026 Nature.

Температура значно вища, ніж очікувалося. Хоча очікувана температура рівноваги планети становить близько 160 Кельвін, виміряна температура коливається між 390 і 412 K. Отже, планета набагато гарячіша, ніж повинна бути, якщо б вона нагрівалася лише світлом зірки. Ці спостереження показують, що планета пережила стадію червоного гіганта, мігрувала всередину і зазнала нагрівання. Це також може пояснити щільну орбіту екзопланети.

"На основі моделей охолодження ці результати вказують на те, що WD 1856 b зазнала події повторного нагрівання, пов'язаної з міграцією, через 3,0–5,5 Гр у стадії білого карлика, що узгоджується з еволюцією приливів після основної послідовності до сучасної кругової орбіти 0,02 а.о.," — пишуть автори.

JWST виявив велику кількість метану в атмосфері гігантської планети. Це сильно вказує на те, що вона сформувалася далі від зірки і мігрувала всередину. Зображення: NASA, ESA, CSA, Джозеф Олмстед (STScI)

Спостереження виявили вуглеводні в атмосфері, зокрема метан (CH4), на рівні близько 7%. Це також є доказом того, що планета мігрувала всередину після стадії червоного гіганта зірки. Атмосфера з 7% метану є атмосферою, багатою на вуглець. Щоб така кількість метану була присутня, атмосфера H2 планети повинна була бути збагачена вуглецем. Це сильно вказує на те, що планета сформувалася за межами водяних і вуглекислих ліній криги своєї системи, а потім мігрувала всередину.

"Наші висновки мають значення для довгострокової долі нашої сонячної системи," — сказав О'Коннор. "Приблизно через п'ять мільярдів років наше Сонце помре, і ми не знаємо точно, що станеться з планетами в той час. Той факт, що планети можуть вижити в цій остаточній стадії зіркової еволюції, дійсно розширює діапазон можливостей для того, де і коли придатні для життя планети можуть існувати у всесвіті."

Є багато чого, що потрібно дізнатися про екзопланети та їх долі, оскільки їх зірки старіють і залишають основну послідовність. Хоча JWST відомий своїми дослідженнями червоного зсуву світла від давніх об'єктів, таких як перші галактики, одна з його наукових тем — планетарні системи. Його потужні спектрометричні можливості дозволяють детально вивчати атмосфери екзопланет, надаючи підказки до їх походження та їх долі.

"Наші результати надають вікно у остаточну долю гігантських планет, що обертаються навколо зірок з масами, подібними до нашого Сонця," — пишуть автори. "Як показує WD 1856 b, спектроскопія планет, що обертаються навколо білих карликів, пропонує нову можливість визначити долю планетарних систем після загибелі їх зірки," — підсумовують вони.