Но во время одной орбиты, наблюдаемой с помощью космического телескопа NASA Hubble, планета выглядела так, будто она вообще не теряет ни одного материала, тогда как орбита, наблюдаемая с помощью Hubble через полтора года, показала явные признаки потери атмосферы.
Эта чрезвычайная изменчивость между орбитами шокировала астрономов. «Мы никогда не видели, чтобы выход атмосферы переходил от совершенно невыявленного к очень заметному в течение столь короткого периода, когда планета проходит перед своей звездой», — сказала Кейли Рокклифф из Дартмутского колледжа в Ганновере, Нью-Гэмпшир. «Мы действительно ожидали чего очень предсказуемого, повторяющегося. Но это оказалось странным. Когда я впервые увидела это, я подумала: «Это не может быть правильно».
Рокклифф была озадачена, увидев, когда ее удалось обнаружить, что атмосфера планеты выпячивается перед планетой, как фара на скором поезде. Это откровенно странное наблюдение – своего рода стресс-тест для моделирования и физики эволюции планет. Это наблюдение настолько крутое, потому что мы собираемся исследовать это взаимодействие между звездой и планетой, действительно находится в самом экстремальном состоянии», — сказала она.
Родительская звезда AU Микроскопа (AU Mic), расположенная в 32 световых годах от Земли, содержит одну из самых молодых планетных систем, когда-либо наблюдавшихся. Звезде меньше 100 миллионов лет (крошечная доля нашего Солнца, которому 4,6 миллиарда лет). Самая большая внутренняя планета, AU Mic b, имеет период обращения 8,46 дня и находится всего в 6 миллионах миль от звезды (примерно 1/10 расстояния планеты Меркурий от нашего Солнца). Раздутый газообразный мир примерно в четыре раза больше диаметра Земли.
AU Mic b был обнаружен космическими телескопами NASA Spitzer и TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) в 2020 году. Его заметили с помощью транзитного метода, то есть телескопы могут наблюдать небольшое понижение яркости звезды, когда планета пересекает ее перед собой.
Красные карлики, такие как AU Микроскопа, являются самыми многочисленными звездами в нашей галактике Млечный Путь. Следовательно, они должны содержать большинство планет нашей галактики. Но могут ли планеты, вращающиеся вокруг красных карликов, таких как AU Mic b, быть пригодными для жизни? Ключевая проблема заключается в том, что молодые красные карлики имеют яростные звездные вспышки, излучающие высушивающую радиацию. Этот период высокой активности длится гораздо дольше, чем у таких звезд, как Солнце.
Вспышки питаются от интенсивных магнитных полей, которые запутываются из-за бурлящих движений звездной атмосферы. Когда запутывание становится слишком интенсивным, поля разрываются и снова соединяются, высвобождая огромное количество энергии, которая в 100-1000 раз энергичнее, чем наше Солнце, высвобождающееся в своих вспышках. Это ошеломляющий фейерверк из проливных ветров, вспышек и рентгеновских лучей, обрушивающихся на любые вращающиеся вокруг звезды планеты. «Это создает действительно неограниченную и, откровенно говоря, пугающую среду звездного ветра, влияющую на атмосферу планеты», — сказала Рокклифф.
В этих жарких условиях планеты, формируемые в течение первых 100 миллионов лет после рождения звезды, должны испытать наибольшую атмосферную утечку. Это может привести к полному лишению атмосферы планетой.
«Мы хотим выяснить, какие виды планет могут выжить в такой среде. Как они будут выглядеть, когда звезда осядет? И будет ли, наконец, шанс быть пригодными для жизни, или они останутся просто сожженными планетами?», — сказала Рокклифф. «В конце концов, они теряют большую часть своей атмосферы, а их уцелевшие ядра становятся суперземлями? Мы действительно не знаем, как выглядят эти окончательные композиции, потому что в нашей Солнечной системе ничего подобного нет».
В то время как яркий свет звезды не позволяет Хабблу непосредственно видеть планету, телескоп может измерять изменения в видимой яркости звезды, вызванные выделением водорода из планеты и затемнением звездного света, когда планета проходит мимо звезды. Этот атмосферный водород нагрет до точки, когда он ускользает от гравитации планеты.
Невиданные ранее изменения в атмосферном оттоке от AU Mic b могут указывать на скорую и чрезвычайную изменчивость вспышек красного карлика-хозяина. Существует такое большое изменчивость, потому что звезда имеет много силовых линий магнитного поля. Одно из возможных объяснений отсутствия водорода во время одного из транзитов планеты состоит в том, что мощная звездная вспышка, которая наблюдалась семь часов назад, могла фотоионизировать утекающий водород до точки, когда она стала прозрачной для света, и поэтому ее было невозможно обнаружить .
Другое объяснение состоит в том, что звездный ветер сам формирует планетарный поток, делая его наблюдаемым в некоторые моменты, а не наблюдаемым в другое время, даже вызывая некоторый отток «икота» перед самой планетой. Это предусмотрено в некоторых моделях, как у Джона МакКанна и Рут Мюррей-Клей из Калифорнийского университета в Санта-Круге, но это первый вид наблюдений, подтверждающий, что это происходит в такой экстремальной степени, говорят исследователи.
Дальнейшие наблюдения Hubble по большему количеству транзитов AU Mic b должны дать дополнительные ключи к удивительной изменчивости звезды и планеты, дополнительно проверяя научные модели экзопланетной атмосферы и эволюции.
Рокклифф является ведущим автором научной статьи, принятой для публикации в The Astronomical Journal.
