Астрономы при помощи космического телескопа «Хаббл» впервые обнаружили гелий в атмосфере планеты, находящейся вне Солнечной системы. Это позволяет проверить теории образования экзопланет и понять, как процесс потери газов из атмосферы экзопланет влияет на их последующую эволюцию. Статья опубликована в Nature, кратко о результатах работы рассказывается в пресс-релизе на сайте телескопа «Хаббл».
Гелий является вторым по распространенности химическим элементом во Вселенной после водорода и одним из основных компонентов в составе Солнца и газовых гигантов в Солнечной системе. Многие теоретические модели предсказывают, что гелий должен входить в состав атмосфер крупных экзопланет и быть легко обнаруживаемым, особенно во их внешних слоях или у планет с «распухшими» атмосферами, однако до настоящего времени не было случаев достоверной регистрации гелия в атмосферах других планет.
Экзопланета WASP-107b, принадлежащая к классу супернептунов, находится в системе оранжевого карлика WASP-107, расположенного на расстоянии 208 световых лет от Земли в созвездии Девы. Планета находится на расстоянии 0,05 астрономических единицы от звезды и совершает один оборот вокруг нее за почти шесть дней. Экзопланета имеет массу 0,12 массы Юпитера и радиус около 0,94 радиуса Юпитера, что делает ее планетой с одной из самых малых известных значений средней плотности. В конце августа 2017 года космический телескоп «Хаббл» пронаблюдал событие транзита планеты по диску звезды и получил широкополосные спектры пропускания в инфракрасном диапазоне — когда планета оказывается между земным наблюдателем и диском звезды, часть света звезды проходит сквозь атмосферу и поглощается различными химическими элементами, что отражается в спектрах и позволяет понять химический состав атмосферы.
Анализ накопленных данных показал, что во внешних слоях атмосферы WASP-107b, где давление колеблется от уровня
до нанобар, содержится гелий в метастабильном состоянии. Модель, наиболее хорошо описывающая полученные спектры, предполагает наличие у планеты «распухшей» атмосферы, которую она активно теряет под действием ультрафиолетового излучения от звезды. Скорость потери составляет примерно 0,1-4% от общей массы за миллиард лет, при этом у планеты образуется вытянутый газовый хвост.
Потеря атмосферы может существенно изменить объемный состав планеты. Например, есть теория, что этот процесс ответственен за малое количество обнаруженных экзопланет типа суперземель и субнептунов с радиусами от 1,6 до 2 радиусов Земли. Чтобы проверить теории образования подобных планет и оценить, наличие у них газовых оболочек из водорода и гелия, необходимо понять, как процесс потери газов из атмосферы планеты влияет на ее последующую эволюцию, в этом случае ограничения на модели, полученные для WASP-107b, имеют важное значение для дальнейшей работы.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые отыскали атмосферу у экзопланеты земного типа и обнаружили оксид титана в атмосфере горячего Юпитера, а также о том, где находится горячий сатурн, богатый водяным паром.
Александр Войтюк