Не так давно в это тяжело было поверить, но мы смогли отыскать свыше 5,5 тыс. инопланетных миров у далёких звёзд и их число растёт каждый день. Более того, новейшие инструменты типа космической обсерватории «Джеймс Уэбб» в ряде случаев могут изучить атмосферы далёких планет, и многие из них, мягко говоря, удивительны! Например, изучение мира WASP-107b, удалённого от нас на 200 световых лет, показало наличие там облаков из песка и песчаных дождей.

Планета, из которой сыплется песок в представлении художника. Источник изображения: LUCA School of Arts/ Klaas Verpoest, Johan Van Looveren/Achrène Dyrek/Michiel Min/Leen Decin/European MIRI EXO GTO team/ESA/NASA

Экзопланета WASP-107b в системе WASP-107 в созвездии Девы была открыта роботизированной обсерваторией Wide Angle Search for Planets (WASP) в 2017 году. Это вторая планета в системе. Диаметр WASP-107b примерно равен диаметру Юпитера, а масса приближается к массе Нептуна. Фактически это газовый гигант с удивительно «пушистой» атмосферой, как отмечают авторы исследования. Это позволяет изучать атмосферу планеты на «просвет», когда она проходит по диску родной звезды, для чего хорошо подходят приборы «Уэбба».

Учёные воспользовались прибором MIRI (Mid-Infrared Instrument), установленным на «Уэббе», и узнали о планете WASP-107b много интересных деталей, которые помогут лучше понимать эволюцию и разнообразие экзопланет во Вселенной. Так, в атмосфере WASP-107b были обнаружены признаки водяного пара, диоксида серы, облака из «песка», но, что удивительно, не было найдено никаких признаков метана.

Необычная природа атмосферы экзопланеты позволяла фотонам от звезды-хозяйки проникать глубже, и это привело к массивному образованию диоксида серы в ней, что стало неожиданностью для данного типа миров. Но самым удивительным стало открытие облаков из силикатных частиц — основного компонента земного песка. Температура на WASP-107b около 500 °C. При таких температурах в облаках, образовавшихся из силикатных частиц, возникает дождь, который падает и испаряется на нижних уровнях, а затем поднимается обратно и вновь собирается в облака.

Транзит экзопланеты WASP-107b по диску звезды в представлении художника

Ещё одним сюрпризом стало отсутствие метана в атмосфере экзопланеты. Обычно это постоянный компонент в атмосферах газовых гигантов. Учёные считают, что атмосфера WASP-107b оказалась теплее, чем считалось ранее, что не дало метану скапливаться в ней. Так шаг за шагом учёные складывают картины разнообразия составов атмосфер на мирах в разных частях Вселенной, стремясь уловить закономерности и пути эволюции не только далёких планет, но и нашей Земли. Она ведь тоже часть этой головоломки. А большое, как сказал поэт, видится на расстоянии.

Группа учёных из США подтвердила, что всего в 22 световых годах от нас находится экзопланета, сильно напоминающая нашу Землю. Это самая близкая из экзопланет земного типа за всю историю наблюдений, что даёт возможность изучить разнообразие похожих на нашу Землю планет.

Источник изображения: NASA, ESA, L. Hustak/STScI

Планету LTT 1445 Ac открыл телескоп TESS в 2021 году. Она открыта методом транзита, как объект проходящий перед своей звездой и снижающий её яркость. Но на тот момент наблюдение за экзопланетой было затруднено, поскольку она вращалась вокруг карликовой звезды в тройной системе. Она как будто вышла из мира «Задачи трёх тел» Лю Цысиня. Две другие звезды в системе влияли на лучевую скорость и яркость третьей, вокруг которой вращалась заветная планета.

Для более точного определения параметров транзита исследователи подключили к наблюдению за LTT 1445 Ac космический телескоп «Хаббл». С его помощью удалось с высочайшей точностью определить характеристики события, а именно орбитальный период экзопланеты, как она проходит по диску звезды и её воздействие на лучевую скорость звезды-хозяина. Зная эту информацию учёные легко вычислили радиус и массу экзопланеты. Экзопланета LTT 1445 Ac оказалась примерно в 1,37 раз тяжелее Земли, а её радиус был всего в 1,07 раза больше радиуса нашей планеты.

Расчётная плотность экзопланеты LTT 1445 Ac оказалась равна 5,9 г/см³. Плотность Земли составляет 5,51 г/см³. Нетрудно понять, что состав и строение экзопланеты очень близки к земным. Что огорчает, известной нам по Земле биологической жизни там нет. Орбитальный период вращения мира LTT 1445 Ac всего 3,12 суток. Даже с учётом того, что родная звезда этой планеты — это тусклый красный карлик намного слабее нашего Солнца, температура на поверхности LTT 1445 Ac достигает 260 °C. Теоретически знакомая нам жизнь может там находиться в сумеречной зоне на границе света и тени, если этот мир не вращается вокруг своей оси. При столь близком расположении к звезде это обычное явление.

Довольно близкое к нам расположение экзопланеты LTT 1445 Ac открывает горизонт возможностей по изучению планет земного размера. Её прохождение по диску звезды, например, позволит определить химический состав атмосферы с помощью анализа поглощения линий в спектре звезды. На такое способен телескоп «Джеймс Уэбб». Для таких исследований в будущем готовятся новые телескопы, которые будут целенаправленно изучать ближайшие к нам миры с величайшей дотошностью.

Космический телескоп «Кеплер» (Kepler) перестал собирать данные в 2018 году, но всё ещё остаётся источником открытий. На сегодня данные «Кеплера» содержат самый большой набор экзопланет и кандидатов в экзопланеты. Учёные NASA заново проанализировали архив данных этого телескопа и представили обновлённый каталог звёзд, систем и экзопланет, среди которых обнаружились ранее неизвестные планеты.

Система Кеплер-385 в представлении художника. Источник изображения: NASA/Daniel Rutter

В частности, открытием нового издания каталога стала звёздная система Kepler-385. Ещё в 2014 году орбитальный телескоп обнаружил в этой системе четыре экзопланеты. Анализ с использованием новых данных по звёздам, прежде всего, с учётом собранных европейским астрометрическим телескопом «Гайя», позволил выявить в системе Kepler-385 ещё три дополнительные экзопланеты.

Телескоп «Кеплер», напомним, определял наличие экзопланет по методу транзита — по изменениям яркости звезды и оценке времени провалов яркости, когда невидимая в обычных условиях планета проходит перед диском родной звезды. Точность таких измерений растёт вместе с ростом точности измерения параметров звёзд.

В системе Kepler-385, которая отдалена от нас на 4670 световых лет, оказалось семь подтвержденных наблюдением планет, что делает её редкостью. Сегодня подобных многопланетных систем открыто очень мало.

Одна из ценностей такого открытия в том, что мы можем напрямую определить эксцентриситет орбит экзопланет. Для одиночной планеты, которая нам напрямую не видна, это сделать практически невозможно. Но для планетной системы с несколькими транзитами (планетами) форма орбит определяется относительно просто. Так, измерение орбит экзопланет системы Kepler-385 показало, что у них у всех почти круговые орбиты. Это подтвердило предыдущие выводы, основанные на моделировании, что чем больше в системе планет, тем менее вытянутые у них орбиты.

Семь планет системы Кеплер-385: две чуть больше Земли, пять чуть меньше Нептуна

С точки зрения поиска внеземной жизни все семь планет системы Kepler-385 вряд ли пригодны для этого в нашем понимании. Все они находятся слишком близко к своей звезде и, очевидно, получают сильнейшую долю излучения в виде тепла, ультрафиолета и радиации.

Новая редакция обновлённого каталога экзопланет, найденных телескопом «Кеплер», представляет собой самое структурированное по данным издание, которое поможет совершить ещё не одно астрономическое открытие не выходя из кабинета. Современные астрономические приборы собирают настолько много данных, что научные сообщества не успевают их обрабатывать даже с привлечением суперкомпьютеров.

В атмосферах далёких миров и даже Земли присутствуют частички силикатов — минералов, в основе которых есть кварц. В чистом виде кристаллы кварца в атмосфере учёным не попадались, пока не был изучен мир экзопланеты WASP-17b на расстоянии 1300 световых лет от Земли. И только наблюдение с помощью инструментов космического телескопа «Джеймс Уэбб» позволило определить, что в облаках WASP-17b рождаются чистейшие кристаллы кварца.

Кварцевая дымка в раскалённой атмосфере на границе света и тьмы в представлении художника. Источник изображения: NASA

Экзопланета WASP-17b — это так называемый горячий экзоюпитер. Её размеры почти в два раза превышают размеры нашего Юпитера, хотя масса оказалась вполовину меньше газового гиганта из Солнечной системы. Тем самым экзопланета WASP-17b стала одной из самых «пухлых» среди обнаруженных учёными экзопланет такого рода. В этом есть большая удача. У экзопланеты достаточно большая атмосфера, чтобы её можно было изучать в мельчайших деталях. Более того, вокруг своей звезды «пухляш» обращается всего за 3,7 суток. Иначе говоря, атмосфера планеты с высокой периодичностью перекрывает свет домашней звезды, что даёт множество данных для оценки её состава.

Поглощение света звезды на определённых длинах волн несёт информацию о химическом составе и размере частиц в её атмосфере. Ранее телескоп «Хаббл» определил, что в атмосфере WASP-17b присутствуют частицы нанометрового размера. Изучение экзопланеты с помощью прибора MIRI «Уэбба» в среднем инфракрасном диапазоне помогло определить размеры этих наночастиц, которые оказались около 10 нм.

«Мы знали из наблюдений Хаббла [космического телескопа], что в атмосфере WASP-17b должны быть аэрозоли — крошечные частицы, составляющие облака или дымку, но мы не ожидали, что они будут состоять из кварца», — сказал в своем заявлении руководитель исследования Дэниел Грант (Daniel Grant) из Бристольского университета (Великобритания).

Блокирование света на длине волны 8,6 мкм говорит о частицах чистого кварца в атмосфере экзопланеты

Секрет появления кристаллов чистого кварца в атмосфере WASP-17b в том, что её атмосфера чрезвычайно разогрета близкой звездой — там около 1500 °C на ночной стороне (экзопланета всегда повернута к нам одной стороной). Высокая температура и давление, в тысячу раз большее, чем на поверхности Земли, заставляет образовываться кристаллы кварца сразу из газовой среды, минуя жидкую фазу. Наблюдения выявляют кварцевую дымку на границе света и тени. Кристаллы вновь испаряются, когда их переносит ветром на солнечную сторону и возникают при атмосферном движении на тёмную сторону экзопланеты.

Научные теории имеют устоявшиеся рамки, пределы которых подтверждают наблюдения. Но без сюрпризов не обходится, поэтому их так любят учёные. И Вселенная подкинула исследователям очередную загадку. У недалёкой от нас звезды обнаружилась планета земного размера, плотность которой почти равна плотности чистого железа. Так быть не должно и это заставляет учёных копать глубже.

Железная планета в представлении художника. Источник изображения: NASA

Экзопланета Gliese 367 b (или Tahay) обнаружена в наблюдениях космической обсерватории TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) в 2021 году. Она вращается со сверхкоротким периодом 7,7 ч вокруг карликовой звезды. Сигнал был очень слабым, что сразу заставило предположить, что экзопланета достаточно мала и относится к субземлям или супермеркуриям. Поскольку экзопланет со сверхкоротким периодом обращения обнаружено всего около 200 из более чем 5000 открытых экзопланет, планета Gliese 367 b сразу же была взята в научную разработку.

Наблюдения по горячим следам в 2021 году с помощью спектрометра High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) Европейской южной обсерватории в Чили позволили определить размеры, массу и плотность экзопланеты, данные о которых удивили учёных. Было установлено, что радиус планеты составляет 72 % от земного, а масса — 55 % от земной. Это означало, что Gliese 367 b, скорее всего, едва ли не полностью состоит из железа, что противоречило известной эволюции планетарных систем.

В 2022 году группа астрономов из Университета Турина провела обширные дополнительные наблюдения за экзопланетой Gliese 367 b с помощью того же спектрометра HARPS и по их результатам опубликовала в журнале The Astrophysical Journal Letters статью, в которой поделилась уточнёнными данными по этой необычной планете. Что забавно, на орбите Gliese 367 учёные открыли ещё две маломассивные экзопланеты: с периодом обращения 11,5 и 34 дня.

Уточнённые измерения показали, что экзопланета Gliese 367 b ещё более плотная, чем считалось ранее. Так, масса планеты составляет не 55 %, а 63 % от массы Земли, а её радиус не 72 % от Земного, а 70 %. Иными словами, она оказалась чуть меньше и чуть тяжелее, чем в случае первого наблюдения. В итоге плотность Gliese 367 b оказалась почти в два раза выше, чем у нашей планеты и она на 91 % состоит из железа.

Полученные данные дают три варианта формирования этого необычного по своим характеристикам небесного тела. Во-первых, что пока никогда не было подтверждено предыдущими наблюдениями, протопланетный диск на ближней к звезде стороне мог быть предельно богат железом, и планета сформировалась сразу такой, какой мы её наблюдаем. Во-вторых, планета могла сформироваться как обычно — с железным ядром и каменной мантией, но в результате столкновения с другой планетой могла полностью лишиться мантии, оставшись на орбите в виде голого железного ядра.

Третий вариант — это постепенное сближение со звездой газовой планеты-гиганта. В процессе тесного контакта со звездой её излучение могло смести атмосферу газового гиганта, оставив на орбите только металлическое ядро.

Все три сценария предполагают допущения с той или иной степенью вероятности, что определённо выходит за рамки теорий эволюции планет. Учёные намерены продолжить наблюдения и поискать во Вселенной что-то похожее на этот случай или обнаружить какое-то промежуточное состояние экзопланет, которое могло бы намекнуть на истинный механизм явления, последствия которого удивили их в системе Gliese 367.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» NASA получил новые данные о планете K2-18 b. Эта экзопланета-океан (гикеан) вращается вокруг красного карлика K2-18 и находится на расстоянии 111 световых лет от Земли в созвездии Льва. Новые данные свидетельствуют о том, что в атмосфере планеты содержится водород. Это вместе с другими признаками может указывать на то, что на ней могут существовать живые организмы.

Источник изображения: NASA / CSA / ESA / J. Olmsted (STScI)

В новом исследовании учёные из Кембриджского университета изучили полученные от «Джеймса Уэбба» данные, чтобы узнать больше о планете K2-18 b, которая в 8,6 раза больше Земли и делает оборот вокруг своей звезды всего за 33 дня. Речь идёт о данных, полученных в ходе наблюдения с помощью прибора формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне бесщелевого спектрографа NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) и спектрографа ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec, которые помогли узнать больше о химическом составе атмосферы K2-18 b.

В ходе исследования было установлено, что атмосфера K2-18 b содержит неожиданно много углекислого газа, метана и диметилсульфида — углеродсодержащих молекул, источником появления которых на Земле являются живые организмы. Также отмечается недостаток аммиака, что может являться признаком наличия у планеты жидкого океана, в водах которого и растворяется аммиак из атмосферы.

«Результаты нашего исследования подчёркивают важность изучения разнообразных сред при поиске жизни в других местах. Традиционно поиск жизни на экзопланетах был сосредоточен на небольших скалистых планетах, но более крупные миры типа гикеан значительно более удобны для наблюдения за атмосферой», — рассказал один из авторов исследования Никку Мадхусудхан (Nikku Madhusudhan).

Исследователи впервые заметили признаки того, что на K2-18 b потенциально может быть жизнь в 2019 году, когда обрабатывали данные, полученные от космической обсерватории «Хаббл». Наличие водяного пара в атмосфере указывает на то, что на поверхности планеты есть жидкая вода — основной необходимый для развития жизни элемент по меркам Земли. Однако считается, что на K2-18 b оказывает значительно более сильное влияние излучение её звезды, которое является враждебным для жизни. В дальнейшем исследователи продолжат наблюдать за планетой K2-18 b с помощью инструментов, имеющихся в арсенале телескопа «Джеймс Уэбб».

Специалисты Европейского космического агентства завершили предварительную экспертизу проекта ARIEL (Atmospheric Remote‐sensing Infrared Exoplanet Large‐survey), который в будущем займётся изучением атмосфер экзопланет. В целом конструкция аппарата и полезной нагрузки космической обсерватории признаны как отвечающие задачам миссии и не имеющие изъянов. На очереди критический обзор дизайна проекта и начало изготовления платформы и приборов.

Источник изображения: ESA/STFC RAL Space/UCL/Europlanet-Science Office

На борту обсерватории ARIEL будут оптический и инфракрасный телескопы, спектрометры и ряд других приборов и сопутствующих систем. Проект был утверждён для разработки в 2018 году, чтобы уже десять лет спустя он мог начать работу. Теперь отправка обсерватории в космос ожидается не раньше 2029 года, если не будет новых переносов. Завершение предварительной экспертизы дизайна ARIEL даёт надежду, что в дальнейшем сроки будут соблюдены.

«Это действительно большой шаг для миссии, и мы очень довольны результатом, — сказала Тереза Люфтингер (Theresa Lueftinger), научный сотрудник проекта ARIEL в ЕКА. — Команда ЕКА, команда по полезной нагрузке консорциума ARIEL и компания Airbus приложили огромное количество труда и усилий для успешного достижения этой важной вехи, и сотрудничество прошло чрезвычайно успешно. Все элементы были собраны вместе и оценены, и теперь мы знаем, что миссия осуществима, и мы можем заниматься наукой».

Космическая обсерватория ARIEL будет изучать составы атмосфер 1000 экзопланет, а также звёзды-хозяйки систем, где находятся эти миры. Изучаться будет не только химический состав атмосфер (преимущественно горячих экзопланет и суперземель), но также структура и динамика облачных покровов как в течение местных суток, так и в течение года. Сбор данных об атмосферах 1000 экзопланет поможет понять эволюцию атмосфер и планет и, в конечном итоге, лучше разобраться в вопросах поведения атмосферы Земли, как и упрочить основу под программами поиска внеземной жизни.

На очереди критический обзор дизайна проекта ARIEL, станции и полезной нагрузки, после которого десятки европейских институтов и NASA начнут изготовление научных приборов для обсерватории и вспомогательного оборудования. Шасси для обсерватории изготовит компания Airbus вместе с партнёрами, а ракету, запуск и обслуживание обеспечит ЕКА.

В системе звезды AU Микроскопа (AU Microscopii) в 32 световых годах от Земли молодая звезда термоядерными вспышками сдувает атмосферу с ближайшей к себе планеты AU Mic b. Первое наблюдение «Хаббла» за экзопланетой полтора года назад не показало ничего необычного, тогда как свежий снимок AU Mic b обнаружил чудовищные водородные шлейфы за планетой и перед ней, что указало на внезапное лишение её значительной части атмосферы.

Экзопланета в системе AU Микроскопа в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, and Joseph Olmsted (STScI)

Ранее учёные никогда не фиксировали настолько сильных отличий между наблюдениями одного и того же объекта (экзопланеты) с такой небольшой разницей во времени. Экзопланета должна была примерно одинаково «пылить» своей атмосферой тогда и сегодня.

«Мы никогда не видели, чтобы за такой короткий период времени при прохождении планеты перед своей звездой уход атмосферы переходил от совершенно неразличимого к явно обнаруживаемому, — сказала Кили Рокклифф (Keighley Rockcliffe) из Дартмутского колледжа в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир. — Мы действительно ожидали чего-то очень предсказуемого, повторяющегося. Но это оказалось странным. Когда я впервые увидела это, я подумала: "Этого не может быть"».

Возраст звезды AU Mic составляет менее 100 млн лет. Это красный карлик, меньше и холоднее Солнца, но молодой возраст звезды сказывается на её характере. Он поистине взрывной! В её недрах происходят частые и активные термоядерные реакции, порождающие вспышки, кратно превосходящие по мощности вспышки на Солнце. Ситуацию усугубляет то, что экзопланета AU Mic b вращается очень близко к звезде — на удалении менее 10 млн км, что в десять раз ближе орбиты Меркурия.

Сочетание близости планеты к своей звезде с активностью самой звезды позволяет учёным наблюдать систему в экстремальном взаимодействии. На основе наблюдений можно изучить граничные условия параметров сохранения планетами атмосферы. В конечном итоге нам интересно и полезно знать, насколько велики шансы у экзопланет сохранить свою атмосферу, чтобы у неё появился шанс зародить биологическую жизнь.

«Это откровенно странное наблюдение является своего рода стресс-тестом для моделирования и физики планетарной эволюции. Это наблюдение очень интересно, потому что мы получаем возможность исследовать взаимодействие между звездой и планетой в самом экстремальном режиме», — сказала астроном.

Экзопланета AU Mic b представляет собой газовый мир размерами с Нептун или в четыре раза больше Земли. Если звезда продолжит сдувать с неё атмосферу с замеченной интенсивностью, то из газового гиганта она может превратиться в скалистое тело мало пригодное для зарождения жизни. Впрочем, её близость к звезде даже с учётом того, что это красный карлик, не оставляет шансов на появление там той жизни, которая нам известна. Но как пример для уточнения моделей эволюции планетарных атмосфер — это очень удачное открытие и оно готово пролить толику света на тайны Вселенной.

Вода является непременным условием зарождения жизни, которая нам известна. Но одной воды недостаточно. Она должна быть в жидком виде и, в идеале, плескаться между скал живописными озёрами, реками, морями и океанами. Признаки будущего сочетания всего перечисленного «Джеймс Уэбб» обнаружил в звёздной системе на удалении 370 световых лет от нас. Это первый раз, когда воду нашли в зоне формирования обитаемых планет земного типа.

Система PDS 70 в представлении художника. Источник изображения: MPIA

Открытие сделано в системе PDS 70, в зоне обитаемости которой уже обнаружены экзопланеты и даже две на одной орбите. Звезда-хозяйка системы относится к звёздам спектрального класса K. Она холоднее Солнца. Её возраст оценивается в 5,7 млн лет, и она сравнительно стара для наличия у неё протопланетного диска. Тем не менее, у звезды есть протопланетный диск, и он разделён на две части с зазором 8 млрд км, в котором расположились две экзопланеты-гиганты.

Следовательно, когда-нибудь в будущем в протопланетных дисках зародятся планеты, и те, которые ближе к звезде, окажутся в зоне её обитаемости. Иначе говоря, вода на них будет в жидком виде, и эти экзопланеты обещают оказаться земного типа из скальных пород, что подтвердило наблюдение «Уэбба».

Спектрометры этой космической обсерватории показали как наличие крупных гранул скалистой пыли во внутреннем протопланетном диске, так и водяного пара, что стало сюрпризом. Ещё никто не обнаруживал водяной пар в протопланетных дисках на такой близости к звезде на таких поздних сроках существования протопланетного диска. Согласно принятым моделям эволюции звёзд и систем, ультрафиолетовое излучение звезды к моменту наблюдения за ней должно было разрушить молекулы воды. Но по каким-то причинам этого не произошло. Тем самым в ближнем протопланетном диске звезды одновременно собираются в протопланеты пыль и камни, и одновременно на них будет скапливаться вода, что в итоге обещает привести к появлению скалистого мира потенциально пригодного для зарождения жизни.

Данные «Уэбба» по обнаружению в спектре воды почти идеально совпали с теоретически предсказанными. Источник изображения: NASA

Водяной пар обнаружен на удалении 160 млн км от звезды. Это немного дальше, чем Земля находится от Солнца (от нас до нашей звезды 149,6 млн км), но ещё достаточно, чтобы вода там была в жидком виде. Остаётся загадкой, как воде удалось туда попасть, или избежать разрушения ультрафиолетом. На этот счёт есть две гипотезы. Согласно одной, вода появилась в процессе реакции водорода с кислородом. По другому предположению, вода попала во внутренний протопланетный диск из внешнего холодного диска в виде льда и превратилась в нём в пар. Дальнейшие наблюдения помогут найти ответ на эту загадку. О своём открытии учёные сообщили в журнале Nature.

Учёные обнаружили второго кандидата в планеты-изгои земной массы. Напрямую такие объекты увидеть нельзя — они одиноко путешествуют в межзвёздном пространстве и абсолютно темны. Засечь такую планету можно лишь по эффекту микролинзирования, когда она своей гравитацией меняет яркость фоновой звезды при прохождении рядом с ней. Новое открытие показало, что планет-изгоев намного больше, чем ожидалось. В нашей галактике их в 20 раз больше, чем звёзд.

Планета-изгой в представлении художника. Источник изображения: NASA Goddard Space Flight Center

В процессе формирования планетных систем планеты меньшей массы могут быть легче всего выброшены из системы в процессе сложных гравитационных манёвров зародышей планет большей массы. Это заставляет предположить, что большинство планет-изгоев — одиноко летящих между звёзд — земной или меньшей массы. Девять лет наблюдений по программе поиска планет-изгоев по эффекту микролинзирования позволяют считать, что таких планет во Вселенной несметное количество.

Так, по данным группы учёных NASA и японского Университета Осаки, которые пользовались результатами программы на базе работы обсерватории Университета Маунт-Джон в Новой Зеландии, в нашей галактике триллионы планет-изгоев земной или меньшей массы. Фактически, их может быть в 20 раз больше, чем звёзд в Млечном Пути или в шесть раз больше, чем миров, кружащих по своим орбитам вокруг звёзд в нашей галактике.

Работа по анализу демографии блуждающих миров и работа по обнаружению второго кандидата в такой мир-беглец будут чуть позже опубликованы в журнале The Astronomical Journal. Новое исследование также позволило изменить оценку вероятностей обнаружения планет-изгоев будущим космическим телескопом им. Нэнси Грейс Роман. Этот телескоп будет обладать широчайшим полем обзора и сможет регистрировать множественные случайные события типа микролинзирования. И если раньше от него ждали обнаружения порядка 50 планет-изгоев земной массы, то теперь учёные предсказывают возможность обнаружения не менее 400 таких миров!

Было бы здорово, если бы на орбите Земли была ещё одна похожая на неё планета. Гравитационная система звезда-планета такое допускает, хотя до недавнего времени людям ещё ни разу не удалось наблюдать подобное во Вселенной. Учёные сообщили, что впервые получили подтверждение возможности существования двух планет на одной орбите.

Источник изображения: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Balsalobre-Ruza

Как известно, система звезда-планета имеет пять так называемых точек Лагранжа, где может располагаться третье тело и быть в гармоничном гравитационном балансе с двумя другими. Точки L₁ и L₂ расположены вне орбиты на некотором удалении от планеты (в них традиционно помещают космические обсерватории, чтобы они по минимуму расходовали горючее), точка L₃ находится строго на противоположной стороне орбиты за звездой, а точки L₄ и L₅ расположены строго на орбите планеты — первая опережает её, а вторая отстаёт.

На орбите Юпитера, например, в точках L₄ и L₅ находятся троянские астероиды. По аналогии с этим названием экзопланеты в таких же точках Лагранжа стали называть троянскими экзопланетами. Именно такую троянскую экзопланету обнаружили астрономы при наблюдении массивом радиотелескопа ALMA за молодой звёздной системой PDS-70 в 370 годах от Земли. Точнее, в точке Лагранжа L₅ был обнаружен слабосветящийся объект, который учёные определили как зародыш экзопланеты. Троянской экзопланеты.

Пока учёные лишь предполагают, что они видят именно то, о чём подумали. Второе и, возможно, более детальное наблюдение системы PDS-70 ожидается в 2026 году. Оно может дать более точные ответы на поставленные вопросы. А пока данные опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics и доступны для критической дискуссии.

Европейские учёные обнаружили экзопланету, атмосфера которой защищена от перегрева лучами ближайшей звезды благодаря металлическим облакам. По данным Европейского космического агентства (ESA), планета отражает 80 % света звезды. Речь идёт о первой планете за пределами Солнечной системы, столь же «зеркальной», как и Венера.

Планета LTT9779b на орбите звезды, художественная иллюстрация. Источник изображения: ESA

Планета LTT9779b, расположенная в 260 световых годах от Земли, открыта ещё в 2020 году с помощью космического телескопа TESS агентства NASA. С помощью космического телескопа ESA Characterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS) выяснить, что в атмосфере планеты буквально формируются облака из металла и идут титановые дожди. Благодаря этому, облачный слой планеты формирует своеобразное «зеркало», защищающее её от ближайшей звезды.

По размеру планета сопоставима с Нептуном (около 50 тыс. км в диаметре) и совершает полный оборот вокруг звезды за 19 часов. Из-за близости к звезде на планете очень высокая температура — несмотря на защиту металлических облаков, на освещаемой звездой стороне LTT9779b она достигает 2 тыс. градусов по Цельсию. Хотя астрономы считали, что при такой температуре формирование облаков невозможно, они всё же есть.

«Это было настоящей головоломкой, пока мы не подумали о процессе формирования облаков как о конденсации, которая остаётся в ванной после горячего душа», — цитирует ТАСС соавтора исследования Вивьен Парментье из Обсерватории Лазурного берега.

Согласно результатам исследования, раскалённые жидкие металлы и минералы-силикаты насыщают атмосферу планеты до степени формирования металлических облаков, как зеркало отражающих внешнее излучение. Это, в частности, позволяет защитить атмосферу от «выветривания». Данные об исследовании уже опубликовали в журнале Astronomy & Astrophysics.

Ранее сообщалось, что учёные обнаружили экзопланету, на которой идут дожди из железа, а в атмосфере присутствуют каменные испарения — климат на ней тоже немыслим для посещения человеком и, вероятно, существования любой белковой жизни вообще.

Повторное изучение газового гиганта WASP-76b в удалённой от нас на 634 световых года чужой звёздной системе выявило признаки «каннибализма» — возможного поглощения одним миром другого. Горячий юпитер WASP-76b давно известен учёным. Он настолько близок к своей звезде, что его атмосфера разогревается более чем до 2000 °C. Это поднимает в «воздух» так много разных элементов, что эта планета стала источником множества удивительных открытий.

С неба экзопланеты WASP-76b льют дожди из расплавленного железа, как это представляет себе художник. Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

Экзопланета WASP-76b проходит по диску своей звезды каждые 1,8 суток. Каждый раз звезда пронизывает своими лучами раздувшуюся от такого нагрева атмосферу экзопланеты, а это — бесценный источник для спектрального анализа состава атмосферы газового гиганта. Новое изучение линий поглощения в спектре позволило различить, по меньшей мере, 11 отдельных элементов, часть которых указывает на склонность планеты к саморазрушению.

В частности, в атмосфере WASP-76b впервые в истории наблюдений за экзопланетами с высокой степенью достоверности обнаружен оксид ванадия.

«Эта молекула представляет большой интерес для астрономов, поскольку она может оказывать большое влияние на структуру атмосферы горячих планет-гигантов, — объяснили исследователи. — Эта молекула играет роль, аналогичную роли озона, чрезвычайно эффективно нагревая верхние слои атмосферы».

В дополнение к уже упомянутым железу и ванадию в атмосфере экзопланеты обнаружены натрий, кальций, хром, литий, водород, магний, азот, марганец, калий и барий. Напротив, следов титана и алюминия, которые имеют высокую температуру плавления, в атмосфере WASP-76b не выявлено.

Интересным моментом стало обнаружение в атмосфере WASP-76b элементов, которые определяются у звезды-хозяйки, как и удивило скромное присутствие элементов, которые часто и густо встречаются на каменистых планетах, таких как Земля, Венера, Марс и Меркурий. Всё вместе может служить разгадкой фаз формирования планет-гигантов. В отличие от каменистых планет, которые разрастаются снизу, накапливая вещество вокруг ядра как снежный ком, катящийся с горы, газовые гиганты могут рождаться процессами сверху — как звёзды, вещество которых постепенно уплотняется под воздействием гравитации.

Но самое интересное — в атмосфере WASP-76b выявлены элементы, которые по всем законам не должны были там появиться.

«Это первое исследование, в котором с высокой точностью измеряется содержание таких химических элементов, как никель, магний и хром, на планете-гиганте, — заявил астрофизик Мохамад Али-Диб из Объединенных Арабских Эмиратов. — Отклонения их значений от ожидаемых привели нас к предположению, что WASP-76b могла проглотить другую, гораздо меньшую планету, с таким же химическим составом, как у Меркурия».

«Поколения исследователей использовали измерение количества водорода и гелия на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне для проверки теорий образования газообразных планет, — напоминают учёные. — Аналогичным образом, измерения содержания более тяжелых элементов на WASP-76b, таких как кальций и магний, помогут в дальнейшем понимании формирования газообразных планет».

Поиск экзопланет сегодня — это одна из наиболее активно развивающихся сфер в астрономии. Быстро выяснилось, что только в нашей галактике могут находиться десятки миллиардов планет — в среднем по одной на каждую звезду в Млечном Пути. А в таком объёме всегда есть место для чего-то очень и очень необычного. И учёные нашли экзопланету, которой по всем известным нам законам не должно было существовать.

Источник изображения: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko

Планета 8 Ursae Minoris b с примерной массой Юпитера с орбитальным радиусом вполовину меньше расстояния от Земли до Солнца была обнаружена в 2015 году группой южнокорейских астрономов, что впоследствии позволило звезде и планете получить корейские имена: Пэкду (Baekdu) и Халла (Halla), в честь самых высоких гор на Корейском полуострове. Наличие экзопланеты Халла у звезды Пэкду было определено по колебанию доплеровского смещения. В таких случаях звезда и планета вращаются вокруг общего центра масс, и звезда то движется в нашу сторону, то улетает от нас, что видно по изменениям спектральных линий в её свете.

Многолетние наблюдения за системой показали, что колебания доплеровского смещения однозначно соответствует присутствию массивного объекта на орбите вокруг звезды и не может быть ошибкой, что иногда случается в таких случаях. Иначе говоря, планета Халла — это не ошибка в измерениях. Планета действительно существует, но в то же время её не должно было там быть, как показали другие данные.

Дело в том, что звезда Пэкду находится на стадии сжигания гелия, что также показал спектральный анализ её излучения. Это означает, что она прошла стадию сброса оболочки, которая происходит после того, как весь водород в её ядре превратился в гелий — тогда ядро сжимается, а оболочка расширяется в сто или более раз, поглощая и уничтожая всё на своём пути. Через миллиарды лет подобное произойдёт с нашим Солнцем и тогда Меркурий, Венера и Земля будут уничтожены в нашей системе. Но как в такой ситуации могла уцелеть экзопланета в далёкой звёздной системе?

Вероятные сценарии развития событий. Источник изображения: Brooks G. Bays, Jr, SOEST/University of Hawai

На этот счёт учёные предложили два варианта развития событий. Во-первых, если ранее система была двойной, то расширение оболочки более старой звезды могло бы «упереться» в более молодую звезду и сброс был бы ограничен сравнительно небольшим пространством. Во-вторых, экзопланета могла образоваться уже после сброса оболочки со звезды из её вещества. В любом случае оба процесса требуют сочетания достаточно редких условий, чтобы один из них стал реальностью. Но планета — вот она! Она есть и это факт, что лишний раз напоминает нам, что во Вселенной достаточно уголков, где может происходить такое, что нам и не снилось.

Международная группа учёных рассказала о планете, дальнейшее изучение которой поможет понять, какое будущее ждёт Землю с расширением Солнца — наша планета может стать либо очень горячей, либо превратиться в новую молодую Венеру.

Источник изображения: cornell.edu

Открытая в 2022 году планета LP 890-9c вращается вокруг красного карлика в 100 световых годах от нас, и она на 37 % крупнее Земли. Красные карлики холоднее Солнца, но и LP 890-9c вращается на расстоянии всего в 6,4 млн км от своей звезды, тогда как от Земли до Солнца 149 млн км. Исследователи считают, что при таких условиях на планете может быть жидкая вода. Если они правы, планета находится в обитаемой зоне — она достаточно удалена от звезды, чтобы на ней могла возникнуть жизнь, но там не настолько жарко, чтобы океаны выкипели, и всё живое погибло. Последний сценарий настиг нашу Венеру, лежащую вне обитаемой зоны.

LP 890-9c находится на внутреннем крае обитаемой зоны — по аналогии ближе Земли, но дальше Венеры. Возможно, она пребывает на том этапе, когда уже началось испарение воды и был запущен процесс превращения в подобие Венеры. Исследователи хотят понять, до какой степени должна раскалиться планета, чтобы она выпустила всю свою воду в космос. Они подготовили три модели с наиболее вероятными сценариями: влажный и мягкий мир наподобие Земли; планета с безудержным развитием парникового эффекта; а также жаркий и бесплодный мир наподобие Венеры.

К сожалению, наблюдение за объектом через доступные авторам телескопы не позволяет им причислить LP 890-9c к какой-либо из этих категорий. Поэтому они рассчитывают на ресурсы космического телескопа «Джеймс Уэбб». Это поможет им понять, есть ли на поверхности планеты жидкая вода, может ли планета быть обитаемой; или описать, какими окажутся условия на Земле, когда Солнце достаточно состарится и начнёт расширяться — такой сценарий может стать реальностью уже через полмиллиарда или миллиард лет. Если LP 890-9c до сих пор остаётся потенциально обитаемым миром, то и у Земли может быть больше времени, прежде чем её океаны испарятся. Если воды там уже нет, то и у Земли меньше времени, чем считалось ранее. То есть LP 890-9c поможет исследователям заглянуть в будущее нашей собственной планеты.