На горячем юпитере выпал снег из оксида титана
Астрономы пришли к выводу, что на планете Kepler-13A b в 1730 световых годах от Земли идет снег из оксида титана и оксида ванадия. Моделирование показало, что это явление наблюдается только на ночной стороне небесного тела, где падающие снежинки попадают в «холодную ловушку». Статья вышла в журнале The Astronomical Journal.
Планета Kepler-13A b в созвездии Лиры была открыта учеными в 2011 году. Она относится к классу горячих юпитеров, и ее масса почти в три тысячи раз больше, чем у Земли. Из-за того, что планета находится слишком близко к своей материнской звезде, она всегда обращена к ней «лицом» — это называется приливным захватом. В результате дневная сторона планеты разогревается до очень высоких температур, порядка 2,75 тысяч кельвинов. При этом ночная сторона Kepler-13A b всегда остается холодной, и там, как выяснили ученые, идет оксид-титановый снег.
Известно, что температура атмосферы Земли по мере увеличения высоты снижается неоднородно. В стратосфере существует область инверсии, где температура, наоборот, начинает повышаться, прежде чем снова продолжить падать на больших высотах. То же справедливо и для горячих юпитеров, чья дневная сторона разогрета более, чем до 2,5 тысяч кельвинов. Считается, что в газовой оболочке этих планет присутствует оксид титана (TiO, не путать с диоксидом титана TiO2 — главным компонентом солнцезащитного крема) и оксид ванадия (II), которые поглощают свет от материнской звезды, а затем переизлучают его, нагревая окружающее пространство. Однако выяснилось, что атмосфера Kepler-13A b остывает однородно — это нетипично для данного класса экзопланет.
Авторы работы вели наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью камеры Wide Field Camera 3 на космическом телескопе «Хаббл». Кроме того, они использовали данные космического телескопа «Кеплер». В итоге, ученым не удалось обнаружить признаков температурной инверсии, которая должна была бы наблюдаться в газовой оболочке Kepler-13A b.
Исследователи построили модель, которая объясняет поведение атмосферы планеты. Выяснилось, что оксид титана, вероятнее всего, находится в холодной ловушке на ночной стороне. Сильные ветры на Kepler-13A b переносят газообразное вещество из одной части планеты в другую. Когда оксид титана и оксид ванадия попадают на ночную сторону, то они кристаллизуются и собираются в облака. Мощная гравитация небесного тела — в шесть раз больше, чем у Юпитера — притягивает необычный снег, заставляя его опускаться в нижние слои атмосферы. Там он попадает в холодную ловушку, которая удерживает его на темной половине планеты.
Наблюдения ученых говорят в пользу теории о том, что гравитация горячих приливно захваченных планет может создавать вертикальные холодные ловушки. «Вероятно, на большинстве известных горячих юпитерах тоже выпадают осадки, однако сила притяжения этих гигантов не так велика, как у Kepler-13A b. Оксид-титановый снег не попадает в нижние слои атмосферы и переносится обратно на дневную сторону, где испаряется и снова превращается в газ», — комментирует один из авторов работы.
«Холодные ловушки» встречаются и в Солнечной системе, правда они относятся к другому типу. На карликовой планете Церере — это кратеры, в которых, как считают ученые, спрятаны залежи водяного льда. Похожие «холодные ловушки» также можно найти вблизи полюсов Луны.
Для скалярной константы связи удалось уточнить предел почти на порядок
Физики из Великобритании получили наиболее жесткие на сегодняшний день ограничения на параметры ультралегкой темной материи. Для этого они использовали данные атомных часов и новый модельно-независимый подход к изучению вариаций во времени этих параметров и других фундаментальных констант. Работа опубликована в журнале New Journal of Physics. По современным представлениям темной материи во Вселенной примерно в пять раз больше обычного вещества. Она не участвует в электромагнитных взаимодействиях и поэтому недоступна прямому наблюдению. Наиболее вероятные кандидаты на роль темной материи — вимпы — до сих пор экспериментально не обнаружены. Поэтому ученые рассматривают и другие теории о составе темной материи: от сверхлегких частиц, например, аксионов, до первичных черных дыр. Ранее ученые уже использовали данные атомных часов для ограничения параметров ультралегкой темной материи с массой менее 10-16 электронвольт. На этот раз физики Натаниель Шерилл (Nathaniel Sherrill) и Адам О Парсонс (Adam O Parsons) с коллегами из университета Сассекса и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне предложили новый модельно-независимый подход к изучению временных вариаций фундаментальных констант при анализе данных атомных часов. При этом количество свободных параметров увеличилось, что по мнению ученых позволит тестировать различные модели и их константы связи. Чтобы проверить новый подход в действии, физики использовали три типа атомных часов: на основе атомов стронция Sr в решетчатой ловушке, на основе ионов иттербия Yb+ в ловушке Пауля и атомные часы на цезиевом фонтане Cs. Частоты всех часов измерялись относительно водородного мазера, после чего рассчитывались отношения частот Yb+/Sr, Yb+/Cs и Sr/Cs. Это позволило исключить возможные ошибки, связанные с нестабильностью работы мазера из-за изменения параметров окружающей среды. Генерируемые частоты во всех часах зависят от соотношений постоянной тонкой структуры и массы электрона. Поэтому из взаимных измерений частот трех часов можно получить колебания со временем этих констант. Особенностью эксперимента стала независимость измерений от предполагаемой функциональной зависимости констант от времени. Поэтому полученные ограничения могут быть использованы при рассмотрении любых гипотетических моделей. В частности, ученые получили ограничения на константы связи гипотетических частиц темной материи в области масс от 10-20 до 10-17 электронвольт. Для скалярной константы связи dγ(1) физикам удалось исключить новую область параметров, усилив предыдущий предел примерно на порядок. Ученые до сих пор не могут определить параметры темной материи, хотя и видят ее проявления в различных процессах. Чтобы лучше разобраться, какие на сегодняшний день существуют модели, описывающие темную материю, пройдите наш тест.