Температура атмосферы экзопланеты KELT — 9 b достигает 4000 градусов. Ученые СО РАН выяснили, что её нагрев обеспечивает не излучение звезды, а особый механизм фотоионизации.
Физики из Института лазерной физики СО РАН впервые построили трёхмерную модель верхней атмосферы экзопланеты KELT — 9 b — одного из самых горячих объектов, известных астрономам. Температура её атмосферы превышает 4000°C, что сопоставимо с поверхностью некоторых звёзд. Как отмечает издание «Наука в Сибири», такие исследования помогают понять, как могли сформироваться столь экстремальные планеты.
KELT — 9 b обращается вокруг звезды в 30 раз ближе, чем Земля к Солнцу. При этом звезда не обладает экстремальной радиацией, и этот парадокс давно интересовал исследователей. Оказалось, что основную роль в нагреве атмосферы играет не жёсткое ультрафиолетовое излучение, а фотоионизация возбужденных атомов под действием мягкого VUV-излучения, которое способно распространяться только в вакууме.
«Изначально было непонятно, почему планета разогрелась до такой температуры, учитывая, что её звезда не имеет высоких показателей радиации. Мы смоделировали квантовые процессы, происходящие с атомами в атмосфере — ионизацию и возбуждение под воздействием VUV-излучения. При рассмотрении мягкого излучения мы выяснили, что оно фотоионизует уже возбужденные атомы, что даёт дополнительный канал нагрева атмосферы», — говорит Станислав Шарипов, сотрудник Института лазерной физики СО РАН.
Верхняя панель: распределение плотности протонов в экваториальной плоскости звёздной системы KELT — 9 (то есть во всём объёме моделирования), полученное с использованием базового набора параметров N5. Чёрный круг обозначает звезду в масштабе. Планета расположена в центре координат. Линии тока, исходящие от звезды, показаны чёрным цветом, от планеты — синим.
Нижняя панель: распределение плотности возбуждённого водорода в меридиональной плоскости в непосредственной окрестности KELT — 9 b, смоделированное с тем же набором параметров N5. Масштаб обоих графиков выражен в радиусах планеты (Rp). Значения, выходящие за пределы указанных диапазонов, отображаются красным цветом — если они ниже минимума, и синим — если выше максимума.
Источник: Astronomy & Astrophysics
Top panel: distribution of the proton density in the equatorial plane of the KELT — 9 stellar system (i.e., in the whole simulation domain) simulated with the fiducial parameter set N5. Black circle indicates the star in scale. The planet is located at the coordinate center. Streamlines are shown originating at the star (black lines), and at the planet (blue lines). Bottom panel: distribution of the excited hydrogen density in the meridional plane in close vicinity to KELT — 9 b simulated with the parameter set N5. The scale of plots is in units of Rp. The values outside the specified variation ranges are colored either in red, if smaller than minimum, or in blue, if higher than maximum.
Credit: Astronomy & Astrophysics
Близкое расстояние до звезды делает атмосферу KELT — 9 b неустойчивой: она «раздута» и в три раза превышает радиус самой планеты — до 300 тысяч километров. Исследователи отмечают, что оценить параметры таких атмосфер по данным телескопов сложно, а потому необходимо моделирование.
На сегодня существует две гипотезы происхождения подобных экзопланет. Первая — формирование из газопылевого облака на ранних стадиях эволюции звезды. Однако расчёты показывают, что массивная звезда поглотила бы вещество, не оставив материала для формирования планеты. Вторая гипотеза допускает миграцию: планета могла образоваться вдали, а затем сблизиться со своей звездой.
Авторы исследования считают, что экзопланет с таким механизмом нагрева может быть гораздо больше, чем известно сегодня. Новый междисциплинарный подход, разработанный в Новосибирске, позволит астрономам точнее интерпретировать наблюдения и глубже понять процессы формирования планетных систем.
Статья об исследовании опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
