Алмазная планета раскрывает свои тайны

Одна из ближайших к нам экзопланет в созвездии Рака, впервые обнаруженная в 2004 году, недавно оказалась в центре внимания космических телескопов «Хаббл», «Спитцер» и крупнейших наземных обсерваторий. Благодаря новым астрономическим инструментам и алгоритмам анализа данных, сейчас удалось определить наличие и состав её атмосферы. Для экзопланет класса «суперземля» такая работа выполнена впервые.

Экзопланета 55 Cancri e в представлении художника (изображение: NASA/ESA Hubble Space Telescope).

Двойная звезда 55 Рака давно привлекала внимание. Она видна на небе невооружённым глазом, поскольку находится от нас на расстоянии всего в 40,9 световых лет и обладает светимостью в 0,6 солнечных. Главная звезда в этой системе относится к тому же основному спектральному классу (GxV), что и Солнце. Её масса также близка к солнечной, а вокруг неё вращается как минимум пять планет. Каждая из них была обнаружена методом доплеровской спектроскопии. Затем открытие экзопланет подтвердили с помощью наблюдений, выполненных на орбитальных и крупнейших наземных обсерваториях.

Среди всех обнаруженных у солнцеподобной звезды экзопланет наибольшее внимание астрономов сейчас привлекает 55 Рака e. Это суперземля с большим содержанием углерода. При массе в 8,37 земных и радиусе в 2,17 раз больше земного, в её недрах должны создаваться условия для интенсивного формирование алмазов. По первичным оценкам их совокупный объём превышает размерами Землю. Дополнительный интерес к экзопланете обуславливался тем, что математические модели прогнозировали наличие у неё плотной атмосферы с высокой вероятностью содержания водяного пара.

Космический телескоп «Хаббл» (изображение: nasa.gov)

Долгое время эти данные пытались подтвердить или опровергнуть, уточняя параметры планеты, её возможный состав и происхождение. С 2014 года для этого использовали самый совершенный прибор на космическом телескопе «Хаббл» – камеру WFC3. Однако наблюдения в видимом и ближнем инфракрасном свете позволяли определять лишь регулярные транзиты экзопланеты на фоне родительской звезды, не давая новой информации.

Исследователям помогло удачное расположение экзопланеты 55 Рака e. Поскольку она находится в 64 раза ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, год на ней длится всего 18 часов, а поверхность нагревается до 2000 K. Из-за сильного нагрева она светится в среднем инфракрасном диапазоне. Редкая для планет ИК-светимость позволяет изучать её не только средствами наблюдений в оптическом диапазоне, но и аппаратурой орбитального телескопа «Спитцер».

Космический телескоп «Спитцер» (изображение: NASA/JPL-Caltech).

Совместные данные, собранные космическими телескопами «Хаббл», «Спитцер» и наземными обсерваториями, позволили исследователями из Университетского колледжа Лондона судить о составе газовой оболочки экзопланеты. Методы спектрального анализа химического состава широко применяются для изучения звёзд и атмосферы планет Солнечной системы, но для далёкой суперземли они впервые оказались столь же информативными.

В атмосфере экзопланеты 55 Рака е обнаружили большое количество водорода и гелия. Вероятно, она захватила эти лёгкие элементы ещё на раннем этапе из облака ионизированного газа при формировании местного солнца. Несмотря на все ожидания и предварительные расчёты, водяной пар в атмосфере экзопланеты обнаружить пока не удалось даже в следовых количествах.

Из-за интенсивного нагрева звездой 55 Рака А, кора суперземли постоянно плавится днём и едва успевает остыть за ночь. С восходящими тепловыми потоками в атмосферу постоянно попадают частицы углерода и его соединения – преимущественно неорганические. В ходе различных реакций в основном образуются оксиды, цианид водорода (пары синильной кислоты) и ацетилен. Преобладание монооксида углерода над его диоксидом указывает на высокое соотношение углерода к кислороду.

«Присутствие цианистого водорода и других обнаруженных нами молекул может подтвердится через несколько лет следующим поколениям инфракрасных телескопов. В этом случае мы получим новые доказательства того, что эта планета чрезвычайно богата углеродом и в целом очень необычна», – комментирует один из авторов исследования Джонатан Теннисон (Jonathan Tennyson).