Międzynarodowy zespół astronomów, w którym uczestniczą instytucje europejskie i amerykańskie, zidentyfikował egzoplaneta o wydłużonej, cytrynowej sylwetceco wymusza rewizję pewnych przyjętych teorii na temat tego, jak powstają i ewoluują światy poza Układem Słonecznym.
Obiekt skatalogowany jako PSR J2322-2650b, został przeanalizowany za pomocą Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), opracowany przez NASA we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) i Kanadyjską Agencją Kosmiczną. Dane ujawniają nie tylko kształt silnie zniekształcony przez grawitację, ale także niezwykła atmosfera zdominowana przez hel i węgiel co wprawia społeczność naukową w osłupienie.
Gazowy olbrzym odkształcił się w kształt cytryny
PSR J2322-2650b ma masę porównywalną z masą JowiszJednak jego kształt jest daleki od kulistego. Modele opracowane na podstawie obserwacji JWST wskazują, że jego Średnica równikowa jest w przybliżeniu o 38% większa od średnicy biegunowej., co nadaje mu wygląd piłki do futbolu amerykańskiego lub rozciągniętej cytryny.
Przyczyną tej ekstremalnej geometrii jest jej bliskość pulsaraMalutka, bardzo gęsta gwiazda neutronowa, która obraca się z dużą prędkością. Planeta znajduje się zaledwie 1,6 miliona kilometrów od swojej gwiazdyniewielka odległość w porównaniu do około 150-160 milionów kilometrów, które dzielą Ziemię od Słońca. W tych warunkach siły pływowe grawitacyjne Ciągną planetę, aż ulegnie ona deformacji.
Ta ciasna orbita sprawia, że rok jest niezwykle krótki: PSR J2322-2650b potrzebuje około 7,8 godziny na wykonanie jednego okrążenia wokół pulsaraW praktyce wygląda to tak, jakby planeta była stale poddawana działaniu silnej siły grawitacji, co wyjaśnia wydłużoną sylwetkę wykrytą przez zespół naukowy.
Sami badacze przyznają, że wykrycie ich zaskoczyło. Po pobraniu pierwszych danych z JWST reakcja w grupie była dosłownie „Co to do cholery jest?„po sprawdzeniu, że obiekt ten nie pasuje pod względem kształtu ani składu do żadnej z dotychczas badanych egzoplanet.
Układ typu „czarna wdowa”, którego ofiarą jest planeta
Środowisko, w którym porusza się PSR J2322-2650b, jest również wyjątkowe. Planeta krąży wokół pulsar milisekundowyGwiazda neutronowa o masie Słońca skompresowana do ciała wielkości miasta. Te obiekty obracają się setki razy na sekundę i Emitują wiązki promieniowania elektromagnetycznego które przemierzają przestrzeń niczym światło latarni morskiej.
Tego typu konfiguracje są znane jako systemy „czarnej wdowy”W takich przypadkach pulsar stopniowo pozbawia materię swojego towarzysza. Zazwyczaj tym towarzyszem jest jasna gwiazda, której gazowa otoczka zostaje rozerwana i odparowana przez bombardowanie promieniowaniem gamma i wiatrami cząstek o wysokiej energii. W tym przypadku jednak obiektem towarzyszącym pulsarowi jest egzoplaneta oficjalnie uznana za taką przez Międzynarodową Unię Astronomiczną, a nie gwiazda.
Z ponad 6.000 egzoplanet Potwierdzony do tej pory PSR J2322-2650b wyróżnia się jako jedyny gorący gazowy olbrzym wykryty na orbicie wokół pulsaraCo więcej, wokół bardzo niewielkiej liczby pulsarów krążą planety, co sprawia, że układ ten jest rzadkim naturalnym laboratorium do badania ekstremalnych zjawisk fizycznych.
Pulsar emituje głównie promienie gamma i inne bardzo energetyczne cząstkico paradoksalnie okazuje się zaletą obserwacyjną. Te emisje są praktycznie niewidoczny dla instrumentów podczerwonych z teleskopu Jamesa Webba, dzięki czemu teleskop może wyraźnie zarejestrować światło termiczne pochodzące od planety, bez typowego oślepienia przez jasną gwiazdę ciągu głównego.
Atmosfera zdominowana przez hel i węgiel cząsteczkowy
Choć kształt cytryny sprawia, że PSR J2322-2650b jest wyjątkowy, to co naprawdę wprawia specjalistów w osłupienie, to jego egzotyczna atmosferaZamiast zwykłych cząsteczek, które obserwowano na innych światach, takich jak para wodna, metan lub dwutlenek węgla-, obserwacje w podczerwieni z JWST pokazują mieszankę zdominowaną przez hel i węgiel cząsteczkowy.
Przeanalizowane widma wyraźnie wykazują sygnatury C₂ i C₃Dwie konfiguracje cząsteczek węgla, których nigdy wcześniej nie wykryto tak wyraźnie na żadnej egzoplanecie. Autorzy badania podkreślają, że wśród około 150 atmosfer planetarnych zbadano szczegółowo wewnątrz i na zewnątrz Układu Słonecznego, żaden z nich nie przypominał tego obiektu.
Temperatury na planecie są niezwykle wysokie. Po stronie oświetlanej przez pulsar sięgają niemal 2.040ºC, podczas gdy po stronie zacienionej, zawsze skierowanej w przeciwnym kierunku przez sprzężenie pływowe, szacunki wynoszą około 650ºCGdyby w tym zakresie temperatur występowała większa ilość innych pierwiastków, węgiel miałby tendencję do łączenia się z nimi, tworząc bardziej złożone cząsteczki, zamiast występować jako „wolny” węgiel cząsteczkowy.
Jednakże analiza wskazuje, prawie całkowity brak tlenu i azotu w atmosferze. Ten niedobór wyjaśnia, dlaczego węgiel może dominować w postaci C₂ i C₃, ale jednocześnie stawia zagadkę dotyczącą pochodzenia planety: żaden standardowy model formowania się planet nie przewiduje tak ekstremalnego składu, bogatego w węgiel i tak ubogiego w inne lekkie pierwiastki.
Naukowcy wskazują nawet na możliwość, że istnieją chmury sadzy i cząstek węgla unoszące się w górnych warstwach, które w głębinach mogłyby kondensują się i tworzą struktury przypominające diamenty, zgodnie z badaniami na temat minerały i skałyMimo że na razie ta koncepcja pozostaje hipotetyczna, jest ona zgodna z obliczeniami ciśnienia i temperatury wewnątrz planety.
Pochodzenie, które podważa modele formowania się planet
Zrozumienie, w jaki sposób mogło powstać ciało o tych cechach, stało się jedną z największych zagadek badań. Autorzy artykułu wykluczają, że PSR J2322-2650b powstał jako „konwencjonalna” planeta w dysku protoplanetarnymponieważ jego skład chemiczny nie pasuje do składu obserwowanego w innych gazowych olbrzymach znajdujących się blisko ich gwiazd.
Hipoteza, że to jest gołe pozostałości starożytnej gwiazdy towarzyszącej Pulsar prawdopodobnie zdzierał zewnętrzne warstwy, jak to się dzieje w przypadku typowych czarnych wdów. Fizyka jądrowa rządząca wnętrzem gwiazdy nie sprzyja wytwarzaniu dużych ilości prawie czysty węgiel bez znaczącego wsparcia ze strony innych elementów, więc ten scenariusz pozostawia obecną atmosferę planety niewyjaśnioną.
Jednym z rozważanych alternatywnych pomysłów jest założenie, że w miarę ochładzania się obiektu wewnętrzna mieszanina węgiel i tlen zaczną się krystalizowaćW tym procesie kryształy węgla Czystsze pierwiastki miałyby tendencję do unoszenia się i mieszania z helem w warstwach zewnętrznych, pozostawiając tlen bardziej uwięziony we wnętrzu lub w fazach stałych. Mimo to astronomowie przyznają, że Nie jest jasne, w jaki sposób tlen i azot zostały tak skutecznie usunięte z atmosfery.
Jak twierdzą osoby odpowiedzialne za badanie, system wydaje się przeczą wszystkim znanym mechanizmom formowaniaDla społeczności naukowej tego typu odkrycia stanowią wyzwanie, ale także okazję do sprawdzenia obecnych teorii i, jeśli zajdzie taka potrzeba, ich ponownego sformułowania.
Kluczowa rola Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba
Odkrycie PSR J2322-2650b stało się możliwe dzięki możliwościom Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba, najpotężniejsze aktywne obserwatorium kosmiczne, zarządzane wspólnie przez NASAThe Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej. Znajduje się około 1,5 milionów kilometrów od ZiemiWebb działa w podczerwieni i jest chroniony przed ciepłem słonecznym przez dużą osłonę przeciwsłoneczną.
Ta osłona termiczna utrzymuje instrumenty w bardzo niskiej temperaturze, umożliwiając im rejestrowanie niezwykle słabych sygnałów. Z europejskiej ziemi, nawet przy użyciu dużych teleskopów, byłoby to… praktycznie niemożliwe jest zaobserwowanie tak cienkiej atmosfery podobnie jak w przypadku tej egzoplanety: ciepło Ziemi i ciepło wytwarzane przez urządzenia wprowadzają dodatkowy szum fotonowy, który maskuje mierzony sygnał.
W konkretnym przypadku PSR J2322-2650b fakt, że pulsar słabo świeci w podczerwieni To był argument przemawiający na jego korzyść. Teleskop JWST był w stanie śledzić planetę na całej jej orbicie, mierząc, jak zmieniało się emitowane promieniowanie podczas jej obrotu wokół gwiazdy neutronowej. Pozwoliło to naukowcom uzyskać szczególnie czyste widmo, bez typowego blasku zwykłych gwiazd.
Dzięki tej jakości danych zespołowi udało się nie tylko zidentyfikować obecność C₂ i C₃, ale także zrekonstruować geometrię planety i rozkład temperatur między półkulami dzienną i nocną. Ta informacja jest kluczowa dla zrozumienia, jak atmosfery gazowych olbrzymów reagują na tak ekstremalne warunki promieniowania.
Od momentu startu w 2021 roku Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczył licznych wyników dotyczących odległych galaktyk, młodych gwiazd i egzoplanet. Odkrycia takie jak to Wzmacniają rolę infrastruktury kosmicznej w europejskiej i światowej astronomii.i pokazują, jak wiele niespodzianek wciąż pozostaje niewiadomych nawet w tak dobrze zbadanych dziedzinach jak fizyka planet olbrzymów.
Dzięki PSR J2322-2650b lista dziwnych światów zyskuje nowego członka: gigantyczny gorący gaz, zdeformowany w kształt cytrynyUkryta wokół milisekundowego pulsara, z atmosferą składającą się z helu i węgla cząsteczkowego oraz potencjałem tworzenia się diamentów we wnętrzu, ta planeta, daleka od spełniania klasycznych modeli, stała się zagadką, która dzięki przyszłym obserwacjom z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i innych obserwatoriów może zmusić nas do zrewidowania naszej wiedzy na temat tego, jak planety powstają i ewoluują w ekstremalnych środowiskach.
