горячий юпитер

В доме на солнечной улице живёт большая семья: отец-гигант, который всегда сидит у окна, и маленький ребёнок, который бегает по двору. Так выглядит система TOI-4468: газовый гигант горячий юпитер прижимается к звезде, а чуть дальше кружит субнептун — планета меньше Нептуна, но больше Земли. Обычно в таких семьях гигант выгоняет всех соседей.

Ночное небо кажется неизменным, но галактики постоянно обмениваются веществом. Млечный Путь, как большая река, вбирает в себя ручьи поменьше — карликовые галактики. Вместе с их звёздами к нам могут попадать и планеты.

Звезда — это не просто далёкое солнце. Это колыбель для планет, которая хранит в своём свете историю рождения всей системы. Химический состав звезды — её ДНК. Астрономы вглядываются в эту ДНК, чтобы понять, почему вокруг одних звёзд кружатся каменистые шары вроде Земли, а вокруг других — газовые гиганты.

Каждые 165 дней гигантская планета ныряет к своей звезде, едва не касаясь её огненной короны, а затем улетает в ледяную пустоту. Это TIC 241249530 b — экзопланета с рекордным эксцентриситетом 0,94.

Вселенная полнится невидимым: около 85% материи не излучает и не поглощает свет. Эту скрытую массу, впервые заподозренную Верой Рубин по аномально быстрому вращению галактик, мы называем тёмной материей.

Шар, почти невесомый для своего размера, кружит вокруг звезды каждые четверо суток. Планета TOI-2195 A b — настоящая загадка: по массе она чуть тяжелее Нептуна, но раздулась до юпитерианских объёмов. Если бы существовал достаточно большой океан, эта экзопланета плавала бы на его поверхности, словно гигантский надувной мяч.

Тёмная материя — невидимый каркас, на котором держатся галактики. Но как именно она появилась? Стандартный ответ: частицы тёмной материи когда-то перестали сталкиваться и «застыли» в том количестве, которое мы видим сегодня. Однако есть и более хитрый путь — UFO, или сверхбыстрое застывание.

Планета WASP-121 b — это не просто горячий шар. Это мир, где железо испаряется, а небо светится собственным жаром. Новый взгляд на неё помог понять, из каких «продуктов» она собралась.

Детский мобиль: фигурки висят на нитях и откликаются на любое дуновение. Подобно им, планеты на очень широких орбитах едва удерживаются тяготением звезды — и чувствуют малейшие гравитационные «сквозняки».

Свет далёкой звезды просачивается сквозь газовую оболочку планеты — и астрономы пытаются угадать, из чего эта оболочка состоит. Так изучают атмосферы миров, которые невозможно потрогать. Когда планета проходит перед диском своего солнца, её газовая вуаль ненадолго перехватывает часть лучей. В этом свете, словно крошечные тени, остаются отпечатки атомов и молекул — у каждого свой уникальный узор.

Гигантская планета висит в космосе в полном одиночестве, удалившись от своей звезды на расстояние, в 160 раз превышающее путь от Солнца до Плутона. Свет родительской звезды доходит до неё таким слабым, что температура на поверхности едва превышает 200 градусов Цельсия — примерно как в хорошо протопленной сауне.

Магнитное поле планеты похоже на невидимый щит: оно ловит заряженные частицы солнечного ветра и вытягивается за планетой в длинный хвост, как развевающийся шарф. У Земли этот хвост устроен просто: в середине, вдоль экватора, течёт слой плазмы — заряженного газа, а по бокам, ближе к полюсам, — почти пустые области, где магнитные линии открыты в космос.

Астрономы навели космический телескоп JWST на экзопланету у звезды Эпсилон Инди — газовый гигант, похожий на Юпитер, удалённый всего на 12 световых лет от нас. На тепловых снимках в инфракрасном диапазоне планета сияла ярким фонарём. Но при детальном анализе рядом заметили слабую точку — словно светлячок у фонаря.

Карусель кружит всех лошадок в одну сторону, но одна упрямо скачет навстречу остальным. Именно так ведёт себя планета TOI-1710 b вокруг своей звезды. С помощью инструментов HARPS-N и GIANO-B астрономы измерили её наклон — 149 градусов. Это почти разворот на 180, то есть планета летит по орбите «задом наперёд» относительно вращения светила. Такое обратное движение называют ретроградным.

Телескоп TESS целый год фотографировал небо, но его штатная обработка пропускала тусклые звёзды. Проект T16 взял те же снимки и вычистил их заново — получилось 83 717 159 кривых блеска, как кардиограмм для каждой звезды. По провалам в этих кардиограммах ищут планеты, которые проходят перед звездой и на миг её заслоняют.

Звезда GJ 436 — тусклый красный карлик, а вокруг неё ходит планета размером с Нептун, но по орбите, наклонённой почти вертикально. Астрономы 18 лет снимали спектр этой звезды, чтобы следить за её пятнами и вспышками. И вдруг в данных проступил ритм, который не совпадал ни с вращением звезды, ни с её 8-летним циклом активности.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) всё чаще обращает свой взор на экзопланеты — миры, вращающиеся вокруг далёких звёзд. Среди них встречаются раскалённые каменные шары, всегда обращённые к своему светилу одной стороной. На дневной стороне температура столь высока, что горные породы плавятся, образуя океаны жидкой лавы.

Кастрюля с кипящей водой стоит на плите: чем сильнее огонь, тем горячее вода и тем больше пара вырывается наружу. Примерно так же ведёт себя горячий газ в скоплениях галактик. Но в небольших группах галактик этот «пар» утекает быстрее, чем можно ожидать по температуре.

В чрезвычайно далёкой галактике зажглась своего рода космическая неоновая вывеска: почти всё её излучение исходит от раскалённого газа, а звёзды буквально теряются в этом сиянии. Инструменты «Джеймса Уэбба» зафиксировали, что газ — смесь водорода и гелия — разогрет настолько, что светится сам, без помощи звёзд.

Газ в галактике светится, как неоновая вывеска, и по цвету этого свечения астрономы определяют, насколько он горячий. Логика простая: чем больше в газе тяжёлых элементов (астрономы называют их металлами), тем лучше он остывает. Значит, у богатых металлами галактик температура должна быть ниже. Но новые наблюдения показали обратное.

Когда планета проходит перед своей звездой, часть звёздного света процеживается сквозь её атмосферу. Газы в атмосфере задерживают одни цвета и пропускают другие — как цветное стекло витража. По тому, какие цвета ослабли, можно понять, из чего состоит воздух далёкого мира. Астрономы навели телескоп Уильяма Гершеля на планету HAT-P-44b — раздутый горячий Сатурн.

У экзопланет, находящихся в приливном захвате и всегда обращённых к звезде одной стороной, ночное полушарие обречено на вечный холод. Однако рельеф способен радикально изменить эту картину. Неровности поверхности — горы и возвышенности — возмущают атмосферную циркуляцию, направляя потоки влаги через терминатор, границу дня и ночи.

Планета, прижавшаяся к своей звезде, похожа на кусок льда, забытый на раскалённой сковороде. Лёд тает и испаряется, только вместо воды — водород и гелий, из которых состоит верхний слой планеты. Иногда испарение такое сильное, что газ не просто улетает в космос, а оборачивается вокруг звезды и образует кольцо, похожее на надувной круг.

Молодую планету AU Mic b поймали в момент, когда она пряталась за своей звездой. Телескоп Spitzer следил за инфракрасным свечением: когда планета скрылась, общий свет системы чуть ослаб. Разница составила всего 171 часть на миллион — как одна капля чернил в десяти вёдрах воды. Но этого хватило, чтобы измерить температуру дневной стороны далёкого мира.

Планета HIP 67522 b — совсем юная: ей всего 17 миллионов лет, для сравнения, Земле 4,5 миллиарда. Это горячий юпитер — газовый гигант, который крутится очень близко к своей звезде, поэтому его атмосфера разогрета и раздута.

Планета-гигант кружит слишком близко к звезде. Каждый оборот она тянет звезду своей гравитацией, и в глубине звезды рождаются волны — как круги от камня, брошенного в воду. Эти волны гасят орбиту планеты, и она по спирали падает в звезду. Звезда проглатывает планету и начинает вращаться быстрее. Вращение звезды — ключ к разгадке.

В кармане старого пиджака иногда находишь билет в кино трёхлетней давности. Время по нему не восстановить, но можно понять, куда ходил владелец. Так и с горячими субкарликами — крошечными звёздами на позднем этапе жизни, которые светят в основном в ультрафиолете. Их свет — как тот билет: рассказывает о прошлом, но прочитать его сложно.

Орбита планеты — это её путь вокруг звезды. Если путь идеально круглый, планета всегда на одном расстоянии от светила. Но у многих планет путь слегка вытянут, как беговая дорожка на стадионе. Астрономы изучили сотни гигантских планет у других звёзд и нашли любопытную закономерность.

Семья переехала в тесную квартиру в центре города. Если переезд был спокойным, вместе с ней могли бы поселиться и родственники. Но если семью выселили из старого дома бурей, то в новой квартире она окажется одна. Примерно так астрономы разбираются в судьбе горячих юпитеров — планет-гигантов, которые кружат вплотную к своей звезде, порой ближе, чем Меркурий к Солнцу.

Когда планета приближается к звезде на критическое расстояние, приливные силы — результат резкого перепада гравитации между ближней и дальней сторонами небесного тела — разрывают её на части. Этот процесс зажигает космический погребальный костёр: обломки планеты формируют вокруг звезды сияющий аккреционный диск.

Юпитер — громадный газовый шар, который держится в пять раз дальше от Солнца, чем Земля. А теперь такой же шар, но у другой звезды, на расстоянии в десятки раз большем. Такие планеты называют холодными юпитерами, и они до сих пор остаются загадкой: как они там оказались? Астрономы изучили четыре такие планеты у далёких звёзд.

Три далёкие планеты-гиганта кружат возле своих звёзд так близко, что год на них длится всего несколько земных дней. Такие миры называют горячими юпитерами, и их орбиты — настоящая загадка: как они оказались вплотную к звезде, если родились далеко, в холодных окраинах системы? Один из ключей к разгадке — угол, под которым планета летит вокруг звезды относительно её вращения.

Ночной город с высоты кажется тихим, но в его кварталах кипит жизнь: где-то перекрыты улицы, где-то идёт стройка, а в подвалах гудит оборудование. Примерно так астрономы увидели скопление галактик SPT-CL J2215-3537, расположенное так далеко, что его свет шёл до нас более 8 миллиардов лет.

Космос в этом сценарии работает как гигантский бильярдный стол. Массивные внешние планеты — газовые гиганты вроде Юпитера — выступают в роли тяжёлых шаров. При тесных сближениях они передают часть своей орбитальной энергии лёгким внутренним мирам — планетам земного типа. Такой гравитационный «удар кием» способен вышвырнуть небольшую планету из родительской звёздной системы.

Экзопланета — планета за пределами Солнечной системы — движется по слегка вытянутой орбите. При каждом обороте она то приближается к родительской звезде, то удаляется.

Вокруг тусклых красных звёзд кружат две новые планеты. Одна размером почти с Землю, другая — в три с половиной раза крупнее. Обе находятся в области, которую астрономы называют тёплой зоной: там свет от звезды не выжигает поверхность, но и не оставляет её в вечном холоде. Звёзды-хозяйки — красные карлики, самые распространённые звёзды в Галактике.

Выделить сигнал атмосферы далёкой планеты — всё равно что расслышать шёпот в шумном зале: мешает собственный «голос» звезды. В системе TRAPPIST-1 астрономы применили остроумный приём — использовали планету-«жучок». Ею стала TRAPPIST-1 b — безвоздушный сосед, лишённый газовой оболочки. Она записывает только помехи, вызванные активностью звезды, и ничего больше.

Гравитация планеты ритмично сжимает и разминает луну, как тесто: от этого постоянного «замеса» недра разогреваются, и под ледяной корой могут подолгу сохраняться океаны воды. В Галактике полным-полно планет-бродяг — так называют свободно плавающие планеты, выброшенные из своих систем…

Два дома с одинаковыми фасадами, но разной внутренней планировкой: снаружи V-образный спектр похож, а внутри — разные источники света и разное количество пыли. Именно так выглядят две популяции далёких галактик, которые астрономы долго путали.

Дневная сторона планеты WASP-121b раскалена до 2358 кельвинов — это горячее, чем поверхность многих звёзд. Здесь, в вечном свете, атмосфера не просто кипит: она плавит горные породы и превращает их в газ. Но не весь газ остаётся газом. Часть его конденсируется в облака, и эти облака прячут в себе титан, как ловушка прячет зверя.